FR3099563A1 - Echangeur de chaleur avec configuration de passages et structures d’échange thermique améliorées - Google Patents

Echangeur de chaleur avec configuration de passages et structures d’échange thermique améliorées Download PDF

Info

Publication number
FR3099563A1
FR3099563A1 FR1908806A FR1908806A FR3099563A1 FR 3099563 A1 FR3099563 A1 FR 3099563A1 FR 1908806 A FR1908806 A FR 1908806A FR 1908806 A FR1908806 A FR 1908806A FR 3099563 A1 FR3099563 A1 FR 3099563A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
refrigerant
exchanger
longitudinal direction
series
passage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
FR1908806A
Other languages
English (en)
Other versions
FR3099563B1 (fr
Inventor
Natacha Haïk-Beraud
Sophie LAZZARINI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Priority to FR1908806A priority Critical patent/FR3099563B1/fr
Priority to US17/632,158 priority patent/US20220268528A1/en
Priority to AU2020323728A priority patent/AU2020323728A1/en
Priority to PCT/FR2020/051345 priority patent/WO2021019160A1/fr
Publication of FR3099563A1 publication Critical patent/FR3099563A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of FR3099563B1 publication Critical patent/FR3099563B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0062—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by spaced plates with inserted elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0093—Multi-circuit heat-exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat-exchangers for more than two fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
    • F25J1/0022—Hydrocarbons, e.g. natural gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0047—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0052—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0047—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0052—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream
    • F25J1/0055—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream originating from an incorporated cascade
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0047—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0052—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream
    • F25J1/0057—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream after expansion of the liquid refrigerant stream with extraction of work
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/006—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the refrigerant fluid used
    • F25J1/008—Hydrocarbons
    • F25J1/0092—Mixtures of hydrocarbons comprising possibly also minor amounts of nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0211—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0214—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a dual level refrigeration cascade with at least one MCR cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0257—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines
    • F25J1/0262—Details of the cold heat exchange system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0279—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F25J1/0292—Refrigerant compression by cold or cryogenic suction of the refrigerant gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J5/00—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants
    • F25J5/002—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants for continuously recuperating cold, i.e. in a so-called recuperative heat exchanger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/025—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being corrugated, plate-like elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/025—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being corrugated, plate-like elements
    • F28F3/027—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being corrugated, plate-like elements with openings, e.g. louvered corrugated fins; Assemblies of corrugated strips
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/32—Details on header or distribution passages of heat exchangers, e.g. of reboiler-condenser or plate heat exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0033—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for cryogenic applications
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2215/00—Fins
    • F28F2215/04—Assemblies of fins having different features, e.g. with different fin densities

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

L’invention concerne un échangeur de chaleur (E1) à plaques (2) définissant entre elles une première série de passages (10) pour l’écoulement d’au moins un premier fluide frigorigène (F1) et un deuxième fluide frigorigène (F2) et étant divisé, suivant la direction longitudinale (z), en au moins une première portion (100) et une deuxième portion (200), une première structure d’échange thermique (S1) agencée dans la première portion (100) et comprenant au moins une série de premières parois de guidage de fluide (121, 122, 123) présentant des premiers bords d’attaque (124) s’étendant orthogonalement à la direction longitudinale (z) de façon à faire face, en tout ou partie, au premier fluide frigorigène (F1) lorsque celui-ci s’écoule dans la première portion (100), une deuxième structure d’échange thermique (S2) agencée dans la deuxième portion (200) et comprenant au moins une série de deuxièmes parois de guidage de fluide (221, 222, 223) présentant des deuxièmes bords d’attaque (224) s’étendant orthogonalement à la direction longitudinale (z) de façon à faire face, en tout ou partie, au deuxième fluide frigorigène (F2) lorsque celui-ci s’écoule dans la deuxième portion (200). Selon l’invention, la surface de section transversale (A2) des deuxièmes bords d’attaque (224) est supérieure à la surface de section transversale (A1) des premiers bords d’attaque (124), lesdites surfaces étant mesurées orthogonalement à la direction longitudinale (z) et par mètre de longueur d’échangeur.

Description

Echangeur de chaleur avec configuration de passages et structures d’échange thermique améliorées
La présente invention concerne un échangeur de chaleur comprenant des séries de passages pour l’écoulement de plusieurs fluides frigorigènes à mettre en relation d’échange thermique avec un fluide calorigène. En particulier, l’échangeur selon l’invention peut être utilisé dans un procédé de liquéfaction d’un mélange d’hydrocarbures tel que le 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 un empilement de plaques qui s’étendent suivant deux dimensions, longueur et largeur, constituant ainsi un empilement de passages de vaporisation et de passages de condensation, les uns destinés par exemple à vaporiser du liquide frigorigène et les deuxièmes à condenser un gaz calorigène. A noter que les échanges de chaleur entre les fluides peuvent avoir lieu avec ou sans changement de phase.
Afin d’introduire et d’évacuer les fluides de l’échangeur, les passages sont munis d’ouvertures d’entrée et de sortie de fluide. Les entrées et sorties placées les unes au-dessus des autres en suivant la direction d’empilement des passages de l’échangeur sont réunies respectivement dans des collecteurs d’entrée et de sortie de forme générale semi-tubulaire, par lesquels s’effectuent la distribution et l’évacuation des fluides.
Plusieurs fluides calorigènes et frigorigènes, de nature et/ou de caractéristiques distinctes peuvent circuler dans l’échangeur. Ces fluides forment des courants ou débits distincts qui sont introduits et évacués de l’échangeur par des groupes d’entrées et de sorties dédiées à un type de fluide.
Classiquement, dans le cas où plusieurs fluides frigorigènes circulent dans l’échangeur, les entrées et sorties des différents fluides frigorigènes sont agencées successivement, suivant la longueur de l’échangeur, par ordre de température croissant en partant du bout froid de l’échangeur, c’est-à-dire le point d’entrée dans l’échangeur où un fluide est introduit à la température la plus basse de toutes les températures de l’échangeur.
Ainsi, lorsque la température de sortie d’un fluide frigorigène est supérieure à la température d’entrée d’un deuxième fluide frigorigène, le deuxième fluide frigorigène doit entrer dans l’échangeur, en suivant la longueur de l’échangeur, à une position plus proche du bout froid que ne l’est la sortie du fluide frigorigène.
De façon connue, on utilise la méthode du pincement (en anglais Pinch analysis) pour planifier la manière dont circulent les fluides en relation d’échange thermique dans l’échangeur et maximiser l’efficacité énergétique de l’installation.
Le terme de pincement se réfère à l’écart minimum entre la température des fluides frigorigènes, c’est-à-dire les fluides qui se réchauffent dans l’échangeur, et la température des fluides calorigènes, c’est-à-dire les fluides qui se refroidissent dans l’échangeur, et ce en un point donné de l’échangeur.
Le terme de pincement se réfère à l’écart minimum entre la température des fluides frigorigènes, c’est-à-dire les fluides qui se réchauffent dans l’échangeur, et la température des fluides calorigènes, c’est-à-dire les fluides qui se refroidissent dans l’échangeur, et ce en un point donné de l’échangeur. Pour visualiser ce pincement, on évalue l’écart entre deux courbes composites d’un diagramme Chaleur échangée - Température, comme illustré par la Figure 3B (a), l’une étant associée aux flux à chauffer, l’autre aux flux à refroidir. Tant que cet écart minimum est positif, il existe théoriquement un moyen de réduire la consommation énergétique.
Classiquement, afin d’optimiser le pincement entre les courbes du diagramme d’échange issues de la méthode du pincement, on prévoit au moins deux types de passages de fluide frigorigène différents, un type de passage dédié à la circulation d’un fluide frigorigène et au moins un deuxième type de passage dédié à la circulation du deuxième fluide frigorigène. Ces passages de type différent ne sont pas formés entre la même paire de plaques adjacente de l’échangeur.
Il s’ensuit une complexification de l’échangeur et une augmentation significative du dimensionnement de l’échangeur. En outre, chaque type de passages présente alors une portion importante dans laquelle aucun fluide ne circule, c’est-à-dire une zone inactive en termes d’échange avec le fluide calorigène.
Afin de remédier à ces inconvénients, il a été proposé par le demanderesse, dans la demande française n° 1857133 non publiée à la date de dépôt de la présente demande, de partager longitudinalement au moins un passage formé entre deux plaques adjacentes de l’échangeur et d’y faire circuler différents fluides frigorigènes.
Plus précisément, lors du fonctionnement de l’échangeur, plusieurs fluides frigorigènes de types différents circulent au sein d’un même passage, c’est-à-dire entre deux mêmes plaques de l’échangeur, sur des portions d’écoulement dédiées qui se succèdent suivant la direction d’étendue du passage.
Cette solution permet de réduire efficacement le volume de l’échangeur, en réduisant le nombre de passages frigorigènes et améliore les performances de l’échangeur en minimisant le volume de zones inactives au sein de l’échangeur.
Toutefois, certains problèmes continuent de se poser, notamment pour les procédés dans lesquels les fluides frigorigènes ont des débits molaires relativement proches mais sont vaporisés à des pressions de vaporisation différentes.
Dans la configuration d’un passage partagé entre plusieurs fluides frigorigènes comme exposée précédemment, les différents fluides frigorigènes disposent de la même section d’échangeur pour circuler. En effet, cette section correspond au produit entre la hauteur des passages, la largeur des passages et le nombre de passages de l’échangeur dédiés à ces fluides.
Or, si les fluides frigorigènes sont vaporisés à des pressions de vaporisation différentes, ils présentent des débits volumiques différents, en particulier en allant vers le bout chaud de l’échangeur, au fur et à mesure que les fluides frigorigènes liquides se vaporisent.
Des structures d’échange thermique, telles des ondes d’échange thermique, sont généralement disposées dans les passages de l’échangeur. Ces structures comprennent des ailettes qui s’étendent entre les plaques de l’échangeur et permettent d’augmenter la surface d’échange thermique de l’échangeur.
Classiquement, on dispose des structures d’échange thermique similaires dans les différentes portions d’écoulement dédiées à chaque fluide frigorigène. Ainsi, dans le cas où les fluides frigorigènes présentent des débits volumiques différents, ceux-ci subissent des pertes de charge d’autant plus faibles que les débits volumiques sont faibles. En particulier, dans le cas de fluides frigorigènes vaporisés à des pressions différentes et pour des débits molaires proches, les fluides frigorigènes vaporisés à des pressions plus élevées présentent des débits volumiques plus faibles et donc des pertes de charge et des vitesses d’écoulement plus faibles. Si on ne veut pas trop augmenter la perte de charge des fluides se vaporisant à plus basse pression pour conserver une consommation d’énergie raisonnable de l’appareil, il s’ensuit des inhomogénéités dans la distribution des fluides frigorigènes se vaporisant à plus haute pression, ce qui entraîne une dégradation des performances de l’échangeur.
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 plusieurs fluides frigorigènes différents circulent dans des portions dédiées au sein d’au moins un passage commun et qui permette une distribution plus homogène entre lesdits fluides frigorigènes.
La solution selon l’invention est alors un échangeur de chaleur comprenant plusieurs plaques parallèles entre elles et à une direction longitudinale, ledit échangeur présentant une longueur mesurée suivant la direction longitudinale, lesdites plaques étant empilées avec espacement de façon à définir une première série de passages pour l’écoulement, suivant une direction globale d’écoulement parallèle à la direction longitudinale, d’au moins un premier fluide frigorigène et un deuxième fluide frigorigène, au moins un passage de la première série étant défini entre deux plaques adjacentes et comprenant :
  • au moins une première entrée configurée pour introduire le premier fluide frigorigène dans une première portion dudit passage et une première sortie configurée pour évacuer le premier fluide frigorigène de la première portion,
  • au moins une deuxième entrée configurée pour introduire le deuxième fluide frigorigène dans une deuxième portion dudit passage et une deuxième sortie configurée pour évacuer le deuxième fluide frigorigène de la deuxième portion, lesdites première entrée, deuxième entrée, première sortie et deuxième sortie étant agencées de sorte que ledit au moins un passage de la première série est divisé, suivant la direction longitudinale, en au moins la première portion et la deuxième portion,
  • une première structure d’échange thermique agencée dans la première portion et comprenant au moins une série de premières parois de guidage de fluide présentant des premiers bords d’attaque s’étendant orthogonalement à la direction longitudinale de façon à faire face, en tout ou partie, au premier fluide frigorigène lorsque celui-ci s’écoule dans la première portion,
  • une deuxième structure d’échange thermique agencée dans la deuxième portion et comprenant au moins une série de deuxièmes parois de guidage de fluide présentant des deuxièmes bords d’attaque s’étendant orthogonalement à la direction longitudinale de façon à faire face, en tout ou partie, au deuxième fluide frigorigène lorsque celui-ci s’écoule dans la deuxième portion,
caractérisé en ce que la surface de section transversale des deuxièmes bords d’attaque est supérieure à la surface de section transversale des premiers bords d’attaque, lesdites surfaces de section transversale étant mesurées orthogonalement à la direction longitudinale et par mètre de longueur d’échangeur.
Selon le cas, l’invention peut comprendre l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
  • la surface de section transversale des deuxièmes bords d’attaque correspond à la surface de section transversale des premiers bords d’attaque augmentée d’un coefficient multiplicateur au moins égal à 1,3, de préférence compris entre 1,5 et 5.
  • que ladite au moins une série de premières parois de guidage de fluide et ladite au moins une série de deuxièmes parois de guidage de fluide forment respectivement au moins une première ondulation et au moins une deuxième ondulation comprenant chacune une pluralité d’ailettes se succédant suivant une direction latérale qui est orthogonale à la direction longitudinale et parallèle aux plaques, avec des sommets d’onde et des bases d’onde reliant alternativement lesdites ailettes.
  • lesdites première et deuxième ondulations présentent respectivement un premier pas et un deuxième pas inférieur au premier pas, avec p1=25,4/n1et p2=25,4/n2, n1et n2représentant respectivement le nombre d’ailettes par pouce (1 pouce=25,4 millimètres) des première et deuxième ondulations mesuré suivant la direction latérale.
  • les premières parois de guidage de fluide présentent une première épaisseur et les deuxièmes parois de guidage de fluide présentent une deuxième épaisseur, la deuxième épaisseur étant supérieure à la première épaisseur.
  • la deuxième structure d’échange thermique comprend plusieurs séries de deuxièmes parois de guidage de fluide, lesdites séries se succédant suivant la direction longitudinale et formant chacune une deuxième ondulation ayant une direction d’ondulation parallèle à la direction latérale, chaque deuxième ondulation étant décalée d’une deuxième distance prédéterminée, suivant la direction latérale, par rapport à une deuxième ondulation adjacente, et présentant une deuxième longueur de serration suivant la direction longitudinale.
  • la première structure d’échange thermique comprend plusieurs séries de premières parois de guidage de fluide, lesdites séries se succédant suivant la direction longitudinale et formant chacune une première ondulation ayant une direction d’ondulation parallèle à la direction latérale, chaque première ondulation étant décalée d’une première distance prédéterminée, suivant la direction latérale, par rapport à une première ondulation adjacente, et présentant une première longueur de serration suivant la direction longitudinale.
  • la deuxième longueur de serration est inférieure à la première longueur de serration.
  • que lesdites première entrée, deuxième entrée, première sortie et deuxième sortie sont agencées de sorte que la deuxième portion est agencée en amont de la première portion suivant la direction longitudinale, le premier fluide frigorigène et le deuxième fluide frigorigène s’écoulant globalement suivant la direction longitudinale.
  • ledit au moins un passage de la première série comprend en outre une troisième entrée configurée pour introduire un troisième fluide frigorigène dans une troisième portion dudit passage et une troisième sortie configurée pour évacuer le troisième fluide frigorigène de la troisième portion, lesdites troisièmes entrées et troisièmes sorties étant agencées de sorte que ledit au moins un passage de la première série est divisé, suivant la direction longitudinale, en au moins la première portion, la deuxième portion et la troisième portion, la troisième portion comprenant une troisième structure d’échange thermique comprenant au moins une série de troisièmes parois de guidage de fluide présentant des troisièmes bords d’attaque s’étendant orthogonalement à la direction longitudinale de façon à faire face, en tout ou partie, au troisième fluide frigorigène lorsque celui-ci s’écoule dans la troisième portion, la surface de section transversale totale de troisièmes bords d’attaque étant supérieure à la surface de section transversale totale de deuxièmes bords d’attaque et/ou supérieure à la surface de section transversale de premiers bords d’attaque , ladite surface de section transversale totale étant mesurée orthogonalement à la direction longitudinale et par mètre de longueur d’échangeur.
  • la troisième entrée et la troisième sortie sont agencées de sorte que la troisième portion est agencée en amont de la première portion et en amont de la deuxième portion suivant la direction longitudinale, le troisième fluide frigorigène s’écoulant globalement suivant la direction longitudinale.
  • la deuxième portion et/ou la troisième portion comprennent au moins une ondulation supplémentaire ayant une pluralité d’ailettes se succédant suivant la direction longitudinale et s’étendant orthogonalement à la direction longitudinale.
Selon un autre aspect, l’invention concerne un procédé d’échange de chaleur mettant en œuvre au moins un échangeur de chaleur selon l’invention, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
  1. introduction d’un courant de fluide calorigène dans au moins un passage d’une deuxième série de passages définis entre les plaques de l’échangeur,
  2. introduction d’un premier fluide frigorigène par la première entrée d’au moins un passage de la première série,
  3. évacuation du premier fluide frigorigène introduit à l’étape ii) par la première sortie dudit passage,
  4. introduction d’un deuxième fluide frigorigène par la deuxième entrée dudit passage,
  5. évacuation du deuxième fluide frigorigène introduit à l’étape iv) par la deuxième sortie dudit passage,
  6. ledit courant de fluide calorigène échangeant de la chaleur au moins avec le premier fluide frigorigène via la première structure d’échange thermique et avec le deuxième fluide frigorigène via la deuxième structure d’échange thermique.
De préférence, le premier fluide frigorigène évacué à l’étape iii) sort de l’échangeur à une première température et le deuxième fluide frigorigène introduit à l’étape iv) entre dans l’échangeur à une deuxième température, la deuxième température étant inférieure à la première température.
En particulier, le procédé selon l’invention peut être utilisé dans un procédé de liquéfaction d’un courant d’hydrocarbures tel que le gaz naturel en tant que courant de fluide calorigène, ledit procédé mettant en œuvre au moins un échangeur de chaleur ou un procédé d’échange de chaleur selon l’invention, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
  1. introduction du courant d’hydrocarbures dans l’échangeur de chaleur,
  2. introduction d’un premier courant réfrigérant dans l’échangeur de chaleur,
  3. extraction de l’échangeur de chaleur d’un courant partiel réfrigérant et d’au moins un deuxième courant partiel réfrigérant issus du premier courant réfrigérant,
  4. détente du courant partiel réfrigérant et du deuxième courant partiel réfrigérant à des niveaux de pression différents pour produire respectivement au moins le premier fluide frigorigène et le deuxième fluide frigorigène,
  5. réintroduction d’au moins une partie du premier fluide frigorigène dans l’échangeur de chaleur par au moins la première entrée d’au moins un passage de la première série,
  6. réintroduction d’au moins une partie du deuxième fluide frigorigène dans l’échangeur de chaleur par au moins la deuxième entrée dudit passage,
  7. refroidissement du courant d’hydrocarbures par échange de chaleur avec au moins le premier fluide frigorigène via la première structure d’échange thermique et avec le deuxième fluide frigorigène via la deuxième structure d’échange thermique, de sorte à obtenir un courant d’hydrocarbures refroidi, éventuellement au moins partiellement liquéfié.
La présente invention peut s’appliquer à un échangeur de chaleur qui vaporise au moins deux courants partiels d’un fluide à deux phases liquide-gaz en tant que fluides frigorigènes, en particulier au moins deux courants partiels d’un mélange à plusieurs constituants, par exemple un mélange d’hydrocarbures, par échange de chaleur avec au moins un fluide calorigène, par exemple du gaz naturel.
En particulier, le courant d’hydrocarbures peut être du gaz naturel. En particulier, le procédé de liquéfaction est mis en œuvre dans un procédé de production de gaz naturel liquéfié (GNL).
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 figures ci-annexés, parmi lesquelles :
est une vue schématique en coupe, dans un plan parallèle aux plaques de l’échangeur, d’un passage de fluide frigorigène d’un échangeur de chaleur selon l’art antérieur.
est une vue schématique en coupe, dans un plan orthogonal aux plaques et parallèle à la direction longitudinale de l’échangeur, de séries de passages de l’échangeur de chaleur de [Fig. 1].
est vue schématique en coupe, dans un plan parallèle aux plaques de l’échangeur, d’un passage d’un échangeur de chaleur selon un mode de réalisation de l’invention.
est une vue schématique en coupe, dans un plan orthogonal aux plaques et parallèle à la direction longitudinale de l’échangeur, de séries de passages de l’échangeur de chaleur de [Fig. 3].
représente d’une part les courbes de diagramme d’échange d’un échangeur classique tel qu’illustré sur [Fig. 1] et d’autre part les courbes de diagramme d’échange d’un échangeur selon l’invention tel qu’illustré sur [Fig. 3].
est une vue schématique en coupe, dans un plan parallèle aux plaques de l’échangeur, d’un passage d’un échangeur de chaleur selon un autre mode de réalisation de l’invention.
représente une structure d’échange thermique d’un échangeur selon un mode de réalisation de l’invention.
représente une structure d’échange thermique d’un échangeur selon autre un mode de réalisation de l’invention.
représente une structure d’échange thermique d’un échangeur selon un autre mode de réalisation de l’invention.
représente une structure d’échange thermique d’un échangeur selon un autre mode de réalisation de l’invention.
schématise un mode de réalisation d’un procédé d’échange de chaleur mettant en œuvre un échangeur selon un mode de réalisation de l’invention.
Des passages 10a, 10b d’un échangeur de chaleur selon l’art antérieur sont visibles sur . L’échangeur comprend plusieurs plaques 2 qui s’étendent suivant deux dimensions, longueur Lz et largeur Ly, respectivement suivant une direction longitudinale z et une direction latérale y orthogonale à z et parallèle aux plaques 2.
Les plaques 2 sont disposées parallèlement l’une au-dessus de l’autre avec espacement suivant une direction d’empilement x, formant ainsi une pluralité de passages pour des fluides en relation d’échange de chaleur indirect via les plaques. De préférence, chaque passage de l’échangeur a une forme parallélépipédique et plate. L’écart entre deux plaques successives est petit devant la longueur et la largeur de chaque plaque successive.
schématise des passages d’un échangeur configuré pour vaporiser un premier fluide frigorigène F1 et un deuxième fluide frigorigène F2 par échange de chaleur avec un fluide calorigène C.
A noter que les autres fluides frigorigènes F2, F3,…peuvent être des fluides ayant une composition différente du premier fluide frigorigène F1 ou bien un fluide frigorigène ayant la même composition que le premier fluide frigorigène F1 mais au moins une caractéristique physique, en particulier pression, température, différente de celle du premier fluide frigorigène F1.
Le fluide calorigène C circule dans une deuxième série de passages 11 (visibles sur ) agencés, en tout ou partie, en alternance ou de façon adjacente avec tout ou partie des passages 10a, 10b de la première série. L’écoulement des fluides dans les passages a lieu globalement parallèlement à la direction longitudinale z qui est de préférence, comme dans le cas illustré, verticale lors du fonctionnement de l’échangeur.
L’étanchéité des passages 10a, 10b le long des bords des plaques est généralement assurée par des bandes d’étanchéité latérales et longitudinales 4 fixées sur les plaques. Les bandes d’étanchéité latérales 4 n’obturent pas complétement les passages 10a, 10b mais laissent des ouvertures d’entrée 31, 32 et de sortie 41, 42 de fluide.
Un tel agencement de passages selon est rencontré notamment dans un échangeur mis en œuvre dans un procédé de liquéfaction de gaz naturel. Une des méthodes connues pour obtenir du gaz naturel liquéfié repose sur l’utilisation de deux cycles de réfrigération du gaz naturel mettant en œuvre respectivement un premier et un deuxième mélanges d’hydrocarbures réfrigérants. Le premier cycle de réfrigération permet de refroidir la gaz naturel jusqu’à son point de rosée à l’aide d’au moins deux niveaux de détente différents pour augmenter l’efficacité du cycle. Le second cycle permet de liquéfier et de sous-refroidir le gaz naturel et ne comporte qu’un niveau de détente.
Dans le premier cycle de détente, le premier mélange réfrigérant issu d’un compresseur est sous refroidi dans un premier échangeur. Au moins deux courants partiels issus du premier mélange réfrigérant sont soutirés de l’échangeur en deux points de sortie distincts puis détendus à des niveaux de pression différents, formant ainsi au moins un premier et un deuxième fluides frigorigènes distincts F1 et F2 réintroduits dans l’échangeurs par des entrées 31, 32 distinctes alimentant sélectivement les passages 10a, 10b pour y être vaporisés puis évacués par des sorties distinctes 41, 42.
Selon la méthode connue, le fluide frigorigène F1 détendu à un niveau de pression donné entre par l’entrée 31 située au bout froid de l’échangeur et sort par la sortie 41 à une température supérieure à la température d’entrée par l’entrée 32 du deuxième fluide frigorigène détendu à un deuxième niveau de pression.
Pour respecter l’agencement des entrées et sorties dans un ordre croissant de température des fluides, l’entrée du deuxième fluide frigorigène est située classiquement, suivant la direction longitudinale z, à une position plus proche du bout froid de l’échangeur que ne l’est la sortie du fluide frigorigène à pression plus faible.
Comme on le voit sur , l’échangeur comprend deux types de passages frigorigènes, l’un 10a pour le premier fluide frigorigène F1 et l’autre 10b pour le deuxième fluide frigorigène F2. Le fluide calorigène C s’écoulant dans des passages 11 adjacents aux passages d’un type 10a et/ou d’un deuxième type 10b échange donc de la chaleur au niveau de la zone d’échange active A1 avec le fluide F1 et au niveau de la zone d’échange active A2 pour le deuxième fluide F2. Les zones I1 et I2 ne sont pas alimentées en fluide et constituent donc des zones inactives au plan thermique.
Afin de réduire l’étendue longitudinale de ces zones inactives, voire à les éliminer totalement, il a été proposé dans la demande française n° 1857133 de partager longitudinalement au moins un passage formé entre deux plaques 2 de l’échangeur et d’y faire circuler différents fluides frigorigènes.
Une telle configuration de passage est visible sur . On y voit, dans un plan de coupe parallèle à celui de [Fig. 1], un passage 10 de la première série de passages frigorigène comprenant une deuxième entrée 32 et une deuxième sortie 42 pour un deuxième fluide frigorigène F2.
Les premières et deuxièmes entrées et sorties 31, 41, 32, 42 sont agencées de sorte que le passage 10 est divisé, suivant la direction longitudinale z, en au moins une première portion 100 pour l’écoulement du premier fluide frigorigène F1 et une deuxième portion 200 pour l’écoulement du deuxième fluide frigorigène F2.
Ceci est rendu possible par le prise en compte des chevauchements de températures dès la phase de conception du procédé. Pour faire circuler les fluides frigorigènes dans le même passage, même si la température de sortie du premier fluide est supérieure à celle d’entrée du second fluide, il faut simuler l’échangeur, non pas en une seule section avec deux fluides frigorigènes arrivant à des températures différentes, comme c’est le cas avec la méthode connue du pincement, mais en différentes sections consécutives (deux dans l’exemple cité), chacune de ces sections comportant un seul fluide frigorigène, arrivant à sa température d’entrée, pour se rapprocher au mieux de la géométrie réelle et donc des pincements réels que présentera l’échangeur.
Ceci principe est illustré sur , qui montre un comparatif entre les diagrammes d’échange Chaleur échangée - Température (ΔH – T), ou courbes enthalpiques, obtenus d’une part avec un échangeur simulé selon la méthode classique du pincement (en (a)) et d’autre part avec un échangeur dans lequel les fluides circulent dans un passage partagé longitudinalement (en (b)), Les courbes C, F, F1, F2 illustrent l’évolution de la quantité de chaleur échangée en fonction de la température, respectivement pour le fluide calorigène, un fluide frigorigène composite construit selon la méthode du pincement classique, le fluide frigorigène F1 selon la demande n° 1857133 et le deuxième fluide frigorigène F2 selon la demande n° 1857133.
Classiquement, les portions de partage longitudinal du passage 10 comprennent des structures d’échange thermique S1, S2 disposées entre les plaques 2. 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 transfèrent des flux thermiques par conduction jusqu’aux plaques adjacentes.
Les structures d’échange thermique ont aussi une fonction d’entretoises entre les plaques 2, notamment lors de l’assemblage par brasage de l’échangeur et pour éviter toute déformation des plaques lors de la mise en œuvre des fluides sous pression. Elles assurent également le guidage des écoulements de fluide dans les passages de l’échangeur.
Par commodité, il est habituel d’agencer des structures d’échange thermique S1, S2 du même type dans les portions 100, 200. Par exemple, lorsque ces structures sont formées d’ondes, celles-ci présentent des ondulations du même type, en particulier même période d’ondulation et donc même densité d’ailettes, même épaisseur, …
Or, les inventeurs de la présente invention ont mis en évidence qu’avec une telle configuration, des disparités de pertes de charge et de vitesses d’écoulement apparaissaient entre les différents types de fluides frigorigènes, du fait notamment des différentes pressions auxquelles ces fluides circulent sur les différentes portions du passage 10.
Afin de résoudre ces problèmes, l’invention propose d’agencer, dans un échangeur ayant au moins un passage partagé longitudinalement suivant les principes décrits dans la demande n° 1857133, des structures d’échange thermique permettant d’équilibrer les pertes de charges entre les différentes portions de passage considérées.
Plus précisément, au moins un passage 10 est divisé en au moins une première et une deuxième portions 100, 200 comprenant respectivement une première et une deuxième structures d’échange thermique S1, S2.
et [Fig. 8] représentent un exemple de première structure d’échange thermique S1 pouvant être agencée dans la première portion 100. La première structure S1 comprend au moins une série de premières parois de guidage de fluide 121, 122, 123 et présentant des premiers bords d’attaque 124 disposés sensiblement orthogonalement à la direction longitudinale z et faisant face, en tout ou partie, au premier fluide frigorigène F1 lorsque celui-ci s’écoule dans la première portion 100. De préférence, lesdites parois sont agencées parallèlement à la direction longitudinale z. De préférence lesdites séries se succèdent suivant la direction longitudinale z.
Une seule série de premières parois de guidage de fluide 121, 122, 123 est visible sur . Les premières parois ont une première épaisseur e1, mesurée dans un plan orthogonal à la direction longitudinale z et suivant une direction orthogonale aux parois. La première structure présente une première hauteur h1, mesurée suivant une direction d’empilement x qui est orthogonale à la direction longitudinale z et orthogonale aux plaques 2.
La deuxième structure d’échange thermique S2 comprend au moins une série de deuxièmes parois de guidage de fluide 221, 222, 223 et présentant des deuxièmes bords d’attaque 224 disposés sensiblement orthogonalement à la direction longitudinale z et faisant face, en tout ou partie, au deuxième fluide frigorigène F2 lorsque celui-ci s’écoule dans la deuxième portion 200.
représente un mode de réalisation d’une deuxième structure d’échange S2. Les deuxièmes parois de guidage de fluide 221, 222, 223 ont une deuxième épaisseur e2, mesurée dans un plan orthogonal à la direction longitudinale z et suivant une direction orthogonale aux parois. La deuxième structure d’échange thermique présente une deuxième hauteur h2, mesurée suivant la direction d’empilement x.
De préférence, les premières et deuxième parois de guidage de fluide s’étendent parallèlement à la direction longitudinale z. Elles peuvent en outre être agencées parallèlement ou orthogonalement aux plaques 2.
De préférence, les hauteurs h1, h2 des structures S1, S2 sont sensiblement égales ou très légèrement inférieures à la hauteur H du passage 10.
Selon l’invention, la deuxième structure d’échange thermique S2 et la première structure d’échange thermique S1 sont conformées de sorte que la surface de section transversale A2 des deuxièmes bords d’attaque 224 est supérieure à la surface de section transversale A1 des premiers bords d’attaque 124. Les surfaces de section transversale A1, A2 sont mesurées orthogonalement à la direction longitudinale z et par mètre de longueur d’échangeur. Déterminer les surfaces de section transversale A1, A2 par unité de longueur d’échangeur permet de s’affranchir d’éventuelles différences de longueur entre la première portion 100 et la deuxième portion 200.
L’agencement de structures d’échange présentant différentes surfaces de section transversales de bords d’attaque permet de compenser les disparités de pertes de charges subies par les différents fluides frigorigènes.
Ainsi, dans le cas d’un premier fluide frigorigène F1 circulant dans sa portion 100 dédiée à une pression opératoire relativement basse par rapport à celle du ou des fluides frigorigènes circulant dans les autres portions, l’agencement d’une structure présentant une surface de bords d’attaque par unité de longueur moins importante dans la portion 100 permet d’engendrer des pertes de charge moins importantes pour le fluide F1. Dans le cas d’un deuxième fluide frigorigène F2 circulant dans sa portion 200 dédiée à une pression relativement élevée par rapport à celle du ou des fluides frigorigènes circulant dans les autres portions, l’agencement d’une structure moins dense dans la portion 100 permet d’engendrer des pertes de charge plus importantes pour le fluide F2.
L’échangeur selon l’invention permet d’ajuster les pertes de charge à un niveau raisonnable sur chaque portion de passage dédiée à un fluide frigorigène donné. Les performances énergétiques de l’installation industrielle intégrant l’échangeur selon l’invention s’en trouvent améliorées.
Cela permet également d’avoir des vitesses d’écoulement de fluide suffisamment élevées sur chaque portion de passage. Il s’ensuit une distribution plus uniforme des fluides frigorigènes et une amélioration des performances de l’échangeur. L’échangeur peut ainsi être dimensionné avec des marges de sécurité réduites par rapport aux marges qui devraient être prévues en l’absence de structures selon l’invention.
En outre, l’échangeur peut fonctionner dans des marches dites réduites, c’est-à-dire plus faibles en débit, que ce soit en régime de fonctionnement transitoire ou en régime établi.
De préférence, la surface de section transversale A2 des deuxièmes bords d’attaque 224 correspond à la surface de section transversale A1 des premiers bords d’attaque 124 augmentée d’un coefficient multiplicateur au moins égal à 1,3, de préférence encore compris entre 1,5 et 5.
Un tel coefficient multiplicateur permet d’équilibrer efficacement les pertes de charges subies par les fluides frigorigènes F1, F2, en particulier lorsque le fluide frigorigène F1 s’écoule dans l’échangeur à une première pression P1 et le deuxième fluide frigorigène F2 s’écoule dans l’échangeur à une deuxième pression P2 supérieure à la première pression P1 d’un facteur compris de préférence entre 2 et 7.
Avantageusement, la première et la deuxième structures d’échange S1, S2 sont des ondes d’échange et comprennent respectivement au moins une première ondulation et au moins une deuxième ondulation comprenant chacune une pluralité d’ailettes, ou jambes d’onde, 123, 223 se succédant dans la largeur de l’échangeur suivant une direction latérale y qui est orthogonale à la direction longitudinale z et parallèle aux plaques 2. Des sommets d’onde 121, 221, 321 et des bases d’onde 122, 222, 322 relient alternativement lesdites ailettes 123, 223. Les premières et deuxièmes ondulations ont des directions d’ondulation D1, D2 parallèles à la direction latérale y.
De préférence, les ailettes 123, 223 se succèdent périodiquement avec un premier et un deuxième pas p1, p2 entre deux ailettes successives. Pour exprimer les pas p1 et p2 des première et deuxième ondulations, on peut utiliser les relations p1=25,4/n1 et p2=25,4/n2 avec n1 et n2 représentant respectivement le nombre d’ailettes 123, 223 par pouce, 1 pouce étant égal à 25,4 millimètres, des première et deuxième ondulations mesuré suivant la direction latérale y.
Selon un mode de réalisation de l’invention, les première et deuxième ondulations présentent respectivement un premier pas p1 et un deuxième pas p2 inférieur au premier pas p1,
En d’autres termes, la deuxième structure d’échange thermique S2 est configurée de façon à présenter une densité d’ailettes supérieure à la densité d’ailettes de la première structure d’échange thermique S1.
Par exemple, on comprend qu’agencer un nombre plus important d’ailettes dans la largeur de la deuxième portion 200 que dans la largeur de la première portion tend à augmenter la surface transversale de bords d’attaque vue par le deuxième fluide F2 et donc à augmenter les pertes de charges pour le fluide F2.
Selon un autre mode de réalisation, alternatif ou cumulatif au mode de réalisation précédent, on dispose dans la deuxième portion 200 des deuxièmes parois de guidage de fluide 221, 222, 223 ayant une deuxième épaisseur e2 supérieure à la première épaisseur e1 des premières parois de guidage de fluide 121, 122, 123 agencée dans la première portion 100. Augmenter l’épaisseur des parois de guidage de la deuxième structure est une autre façon d’augmenter la surface transversale des bords d’attaque présents dans la deuxième portion 200.
De préférence, les premières parois de guidage de fluide 121, 122, 123 forment au moins une première ondulation formée à partir d’un premier feuillard et les deuxièmes parois de guidage de fluide 221, 222, 223 forment au moins une deuxième ondulation formée à partir d’un deuxième feuillard respectivement, ledit deuxième feuillard ayant une épaisseur e2 supérieure à la première épaisseur e1 du premier feuillard. Etant entendu que la structure S1 et/ou la structure S2 peuvent elles-mêmes comprendre des sous-portions, chaque sous-portion formant une entité distincte. Typiquement, la structure S1 et/ou la structure S2 peuvent chacune comprendre plusieurs tapis d’onde agencés bout à bout et assemblés dans le passage par brasage.
En tant qu’ondes pour les structures d’échange thermique S1, S2, on pourra utiliser les différents types d’ondes mis en œuvre habituellement dans les échangeurs du type à plaques et ailettes brasés. Les ondes pourront être choisies parmi les types d’onde connus tels les ondes droites, les ondes dites à décalage partiel (du type « serrated » en anglais), les ondes à vagues ou arrêtes de hareng (du type « herringbone » en anglais). Ces ondes pourront être perforées ou non.
représente une première structure S1 réalisée sous la forme d’une onde droite. Une onde droite comprend une série unique de premières parois de guidage de fluide formant une unique première ondulation sur la longueur de la première portion 100.
Selon un autre mode de réalisation, illustré par et [Fig. 10], les première et deuxième structures d’échange thermique S1, S2 sont des ondes à décalage partiel.
La deuxième structure d’échange thermique S2 comprend plusieurs séries de deuxièmes parois de guidage de fluide 221i, 222i, 223i, 221i+1, 222i+1, 223i+1, 221i+2, 222i+2, 223i+2 qui se succédent suivant la direction longitudinale z et formant chacune une deuxième ondulation.
Chaque deuxième ondulation est décalée d’une deuxième distance prédéterminée d2, suivant la direction latérale y, par rapport à une deuxième ondulation adjacente. Les deuxièmes ondulations présentent une deuxième longueur de serration L2 mesurée suivant la direction longitudinale z.
Dans le cas d’une onde à décalage partiel, la surface de section transversale A2 des deuxièmes bords d’attaque correspondant à la somme des surfaces de section transversale A2i, A2i+1, A2i+2, mesurées orthogonalement à la direction longitudinale z et exprimée par mètre de longueur d’échangeur, des deuxièmes bords d’attaque 224i, 224i+1, 224i+2 de chaque série de deuxièmes parois de guidage de fluide.
En référence à , la description ci-dessus est transposable à une première structure d’échange thermique S1 sous forme d’onde à décalage partiel.
Dans le cadre de l’invention, la première structure d’échange thermique S1 et/ou la deuxième structure d’échange thermique S2 peuvent être à décalage partiel.
En particulier, on pourra agencer une onde droite S1 dans la première portion 100 et une onde à décalage partiel S2 dans la deuxième portion 200. L’ajout de décalages dans la deuxième portion tend à augmenter la surface de bords d’attaque dans la deuxième portion.
Ainsi, en plus ou à la place d’une variation d’au moins une dimension caractéristique, telle épaisseur, pas de l’onde, longueur de serration… de première et deuxième structures S1, S2 du même type, on peut également mettre en œuvre une variation du type d’onde entre les deux portions 100, 200 pour équilibrer les pertes de charges subies par les fluides frigorigènes sur ces deux portions.
Selon un mode de réalisation particulier, la première structure d’échange thermique S1 et la deuxième structure d’échange thermique S2 sont des ondes à décalage partiel. Avantageusement, la deuxième longueur de serration L2 est inférieure à la première longueur de serration L1. Cela permet d’agencer plus de bords d’attaque par mètre de longueur d’échangeur et donc d’augmenter la surface transversale de bords d’attaque et les pertes de charge qui en résultent sur le fluide s’écoulant face à ces bords d’attaque.
De préférence, on choisira une deuxième longueur de serration L2 inférieure à la première longueur de serration L1 d’un facteur compris entre 1,7 et 7. Les première et/ou deuxième longueurs de serration pourront être comprises entre 1 et 20 mm, de préférence entre 3 et 15 mm.
De préférence, les dimensions caractéristiques des ondes autres que les longueurs de serration, telles que distances de décalage, épaisseur, pas des ondulations… sont identiques pour les première et deuxième structures.
En référence à , [Fig. 9] ou [Fig. 10], notons que pour une structure d’échange thermique S1 ou S2 donnée comprenant des parois de guidage de fluide d’épaisseur e1 ou e2 formant au moins une première ondulation de pas p1 ou p2, de hauteur h1 ou h2, on peut définir les surfaces de section transversale A1, A2 par mètre de longueur d’échangeur à l’aide des relations suivantes :
avec Ly la largeur du passage 10 de fluide frigorigène, mesurée suivant la direction latérale y, et
  • K1 ou K2 égal à 1 dans le cas où la structure d’échange thermique S1 ou S2 est une onde droite, c’est-à-dire dont les parois de guidage de fluide forment une ondulation unique, sans décalage,
ou
  • K1 = 1000/L1 ou K2=1000/L2 dans le cas où la structure d’échange thermique S1 ou S2 est une onde à décalage partiel à plusieurs ondulations décalées, avec L1 ou L2 les longueurs de serration exprimées en millimètres pour S1 ou S2.
Par exemple, pour une onde à décalage partiel S2 dite « 1/8 ’’ serrated » (1’’=1 pouce= 25,4 mm), on a L2=25,4/8=3,18 mm. Pour une onde à décalage partiel S1 dite « 1/5 ’’ serrated » (1’’=1 pouce= 25,4 mm), on a L1=25,4/5=5,08 mm.
Un échangeur selon un mode de réalisation de l’invention est représenté sur et [Fig. 4].
Un passage 11 calorigène de la deuxième série est visible sur , deux passages 10 frigorigènes de la première série étant agencés de part et d’autre du passage 11. Etant précisé que les passages frigorigènes et calorigènes ne sont pas nécessairement positionnés en alternance et que d’autres agencements sont possibles.
L’échangeur comprend des organes de distribution 51, 61, 52, 62 qui s’étendent depuis et vers les entrées et sorties des passages. Ces organes, par exemple des ondes ou canaux de distribution sont configurés pour diriger et assurer une répartition et une récupération uniformes des fluides sur toute la largeur des passages.
De préférence, les structures S1, S2,… s’étendent suivant la largeur et la longueur du passage 10, parallèlement aux plaques 2, dans le prolongement des organes de distribution 51, 61, 52, 62 suivant la longueur du passage 10. Chaque portion 100, 200… du passage 10 présente ainsi une partie principale de sa longueur constituant la zone d’échange thermique A1, A2 proprement dite, garnie des structures S1, S2, qui est bordée par des zones de distribution garnies des organes 51, 61, 52, 62.
Avantageusement, les organes de distribution et les structures d’échanges thermiques S1, S2 forment au sein du passage 10 une pluralité de canaux reliant fluidiquement les entrée 31 et sortie 41 entre elles et les deuxièmes entrées 32 et sorties 42 entre elles.
De préférence, lesdites première entrée, deuxième entrée, première sortie et deuxième sortie 31, 41, 32, 42 sont agencées de sorte que la deuxième portion 200 est agencée en amont de la première portion 100 suivant la direction longitudinale z, le premier fluide frigorigène F1 et le deuxième fluide frigorigène F2 s’écoulant globalement suivant la direction longitudinale z.
Avantageusement, l’échangeur comprend une première extrémité 1a au niveau de laquelle, en fonctionnement, le niveau de température est le plus faible de l’échangeur, et une deuxième extrémité 1b au niveau de laquelle, en fonctionnement, le niveau de température est la plus élevé de l’échangeur. Dit autrement, la première extrémité 1a correspond au bout froid de l’échangeur E1, c’est-dire le point d’entrée dans l’échangeur où un fluide frigorigène est introduit à la température la plus basse de toutes les températures de l’échangeur E1. La deuxième extrémité 1b correspond au bout chaud de l’échangeur E, c’est-dire le bout présentant le point d’entrée dans l’échangeur où un fluide calorigène est introduit à la température la plus basse de toutes les températures de l’échangeur E1.
De préférence, la deuxième extrémité 1b est agencée en aval de la première extrémité 1a en suivant la direction longitudinale z, de sorte que le sens d’écoulement des fluides F1, F2 dans le passage 10 est globalement ascendant.
De préférence, la portion 100 pour l’écoulement du fluide frigorigène F1 étant agencée du côté de la première extrémité 1a et la deuxième portion 200 pour l’écoulement du deuxième fluide frigorigène F2 est agencée entre la portion 100 et la deuxième extrémité 1b.
Ainsi, dans la représentation donnée sur , la deuxième portion 200 s’étend, en suivant la direction longitudinale z, en aval de la portion 100.
De préférence, les portions 100, 200 sont juxtaposées suivant la direction longitudinale z, ce qui permet d’optimiser au mieux l’espace au sein du passage 10 en maximisant l’étendue des zones actives.
De préférence, la majorité, de préférence encore au moins 80% du nombre total de passages 10 de la première série, voire la totalité des passages 10 de la première série, comprennent chacun au moins une entrée 31 et une sortie 41 pour le fluide frigorigène F1, au moins une deuxième entrée 32 et une deuxième sortie 42 pour le deuxième fluide frigorigène F2 et des première et deuxième structures S1, S2 selon l’invention.
Avantageusement, l’échangeur selon l’invention présente un seul type de passages 10 de fluides frigorigène, ce qui en simplifie grandement la conception. On entend par passages du même type des passages qui présentent une configuration ou une structure identique, notamment en termes de dimensions des passages, de dispositions des entrées et sorties de fluide.
De préférence, la majorité, de préférence au moins 80%, voire la totalité, du nombre total de passages 10 de la première série présentent une configuration identique. En particulier, les entrées et sorties 31, 41, 32, 42 sont agencées à des positions sensiblement identiques suivant la direction longitudinale z.
Ainsi, les entrées et sorties 31, 41, 32, 42 des passages 10 de la première série sont disposées en coïncidence les unes au-dessus des deuxièmes, en suivant la direction d’empilement x des passages. Les entrées 31, 32 et sorties 41, 42 placées ainsi l’une au-dessus de l’deuxième sont réunies respectivement dans des collecteurs de forme semi-tubulaire 71, 72, 81, 82, par lesquels s’effectuent la distribution et l’évacuation des fluides.
De préférence, la direction longitudinale est verticale lorsque l’échangeur est en fonctionnement. Les fluides frigorigènes F1, F2 s’écoulent globalement verticalement et dans le sens ascendant. Le fluide calorigène C circule de préférence à contre-courant. D’autres directions et sens d’écoulement des fluides F1, F2 sont bien entendu envisageables, sans sortir du cadre de la présente invention.
Selon une variante de réalisation, illustrée par , un deuxième et un troisième fluides frigorigènes F2, F3 s’écoulent dans un même passage 10 conforme à l’invention.
Dans ce cas, au moins un passage frigorigène 10 de la première série comprend une deuxième et une troisième entrées 32, 33 configurées pour introduire respectivement un deuxième et un troisième fluides frigorigènes F2, F3 dans une deuxième et une troisième portions 200, 300 respectives du passage 10, et une deuxième et une troisième sorties 42, 43 configurées pour évacuer respectivement les deuxième et troisième fluides frigorigènes F2, F3 des deuxième et troisième portions 200, 300. Le passage 10 est divisé, suivant la direction longitudinale z, en trois portions 100, 200, 300 successives comprenant une première, une deuxième et une troisième structure d’échange thermique S1, S2, S3.
La troisième structure d’échange thermique S3 comprend au moins une série de troisièmes parois de guidage de fluide 321, 322, 323 agencées parallèlement à la direction longitudinale z et présentant des troisièmes bords d’attaque 324 disposés sensiblement orthogonalement à la direction longitudinale z et faisant face, en tout ou partie, au troisième fluide frigorigène F3 lorsque celui-ci s’écoule dans la troisième portion 300.
La troisième structure d’échange thermique S3 et la première structure d’échange thermique S1 sont conformées de sorte que la surface de section transversale A3 des troisièmes bords d’attaque 224 est supérieure à la surface de section transversale A1 des premiers bords d’attaque 124. A3 étant mesurée orthogonalement à la direction longitudinale z et par mètre de longueur d’échangeur.
De préférence, la surface de section transversale A3 des troisièmes bords d’attaque 324 est également supérieure à la surface de section transversale A2 des deuxièmes bords d’attaque 224 de la deuxième structure d’échange thermique S2.
Les caractéristiques et modes de réalisation décrits précédemment sont applicables en tout ou partie à la troisième structure S3 et ne sont pas repris ici par souci de concision.
Dans les exemples illustrés, le nombre de fluides frigorigènes de type différent est limité à 2 ou 3 par souci de simplification, étant noté qu’un nombre supérieur de types de fluide pourrait circuler dans le moins un passage 10 selon les principes décrits ci-dessus.
De préférence, les courants partiels réfrigérants sont détendus à des valeurs de pressions qui augmentent suivant la direction longitudinale z, i. e en direction du bout chaud 1a.
De préférence, la valeur de pression du niveau de détente le plus bas est comprise entre 1,1 et 2,5 bar. La valeur de pression du niveau de détente le plus élevé est comprise entre 10 et 20 bar. Il peut y avoir au moins un niveau de pression intermédiaire avec une valeur de pression de détente comprise entre 4,5 et 7,5 bar.
De préférence, les fluides frigorigènes issus des détentes des courants partiels détendus présentent des températures qui augmentent suivant la direction longitudinale z, i. e en direction du bout chaud 1a. Ces températures correspondent aux températures d’introduction aux entrées respectives 31, 32, 33... dans l’échangeur E1. De préférence le fluide frigorigène F1 issu de la détente au niveau de pression le plus bas présente une température comprise entre -80 et -60 °C. Le fluide frigorigène F3 issu de la détente au niveau de pression le plus élevé présente une température comprise entre 20 et 10°C. Il peut y avoir au moins un niveau de détente intermédiaire avec un fluide frigorigène F2 à une température comprise entre -50 et -25°C. Les températures des fluides frigorigènes aux sorties respectives 41, 42, 43 peuvent être comprises entre -10 et 60 °C, 20 et -45 °C et/ou -20 et -75 °C, respectivement pour les niveaux de détente décrits ci-dessus.
Optionnellement, outre les structures d’échange thermique précédemment décrites, on pourra agencer dans les deuxième et/ou troisième portions 200, 300, au moins une onde supplémentaire, et ce dans une configuration dite « hardway », c’est-à-dire que les ailettes de l’onde supplémentaire s’étendent selon une direction perpendiculaire à la direction longitudale z et se succèdent dans la direction longitudale z. Cela permet d’introduire plus de pertes de charge dans une portion donnée. Ladite onde supplémentaire sera de préférence une onde droite perforée ou une onde à décalage partiel. Ladite onde supplémentaire occupera une partie seulement des deuxième et/ou troisième portions 200, 300
Avantageusement, lorsque l’échangeur fonctionne, le premier fluide frigorigène F1 entre par la première entrée 31 d’au moins un passage 10 à une température dite initiale T0 et est évacué par la première sortie 41 à une première température T1 supérieure à T0. De préférence, la température T0 est comprise entre -55 et -75 °C et la température T1 est comprise entre -10 et -30 °C.
De préférence, le deuxième fluide frigorigène F2 entre dans le passage 10 par la deuxième entrée 32 à une deuxième température T2 et en sort par la deuxième sortie 42 à une troisième température T3, T3 étant supérieure à T2. De préférence, la température T2 est comprise entre -15 et -35 °C et la température T3 est comprise entre 35 et 0 °C.
De préférence, la deuxième température T2 est inférieure à la première température T1. Cela permet d’avoir un fluide F1 surchauffé en sortie de la première portion 100 de l’échangeur (T1 élevée), tout en assurant un refroidissement efficace du fluide calorigène dans la deuxième portion 200 de l’échangeur grâce à une température de début de vaporisation, T2, du fluide F2 suffisamment basse (inférieure à T1).
De préférence encore, la deuxième température T2 est inférieure d’au moins 1°C par rapport à la première température T1. De préférence, la deuxième température T2 est inférieure d’au plus 15°C, de préférence encore d’au plus 10°C, et préférentiellement d’au plus 5°C, à la première température T1. Ceci afin d’éviter des contraintes mécaniques excessives dans l’échangeur.
Considérons à présent la variante où un deuxième et un troisième fluides frigorigènes F2, F3 s’écoulent dans un même passage 10.
Avantageusement, lorsque l’échangeur fonctionne, le fluide frigorigène F1 entre par l’entrée 31 d’au moins un passage 10 à une température initiale T0 comprise entre -55 et -75 °C et est évacué par la sortie 41 à une première température T1 supérieure à T0, T1 étant comprise entre -25 et -45 °C.
De préférence, le deuxième fluide frigorigène F2 entre dans le passage 10 par une première deuxième entrée 32 à une deuxième température T2 et en sort par l’deuxième sortie 42 à une température T3, T3 étant supérieure à T2. De préférence, la température T2 est comprise entre -30 et -50 °C et la température T3 est comprise entre 0 et -20 °C.
De préférence, le troisième fluide frigorigène F3 entre dans le passage 10 par une troisième entrée 33 à une quatrième température T4 et en sort par une troisième sortie 43 à une cinquième température T5, T5 étant supérieure à T4. De préférence, la température T4 est comprise entre -5 et -25 °C et la température T5 est comprise entre 30 et 0 °C.
Avantageusement, la quatrième température T4 est inférieure à la troisième température T3. Cela permet d’avoir un fluide F2 surchauffé en sortie de la portion 200 de l’échangeur (T3 élevée), tout en assurant un refroidissement efficace du fluide calorigène dans la troisième portion 300 de l’échangeur grâce à une température de début de vaporisation, T4, du fluide F3 suffisamment basse (inférieure à T3).
De préférence, la quatrième température T4 est inférieure d’au moins 1°C par rapport à la troisième température T3.
De préférence, la deuxième température T2 est inférieure d’au plus 15°C, de préférence encore d’au plus 10°C, et préférentiellement d’au plus 5°C, à la première température T1.
Avantageusement, la quatrième température T4 est inférieure d’au moins 1°C par rapport à la troisième température T3, de préférence la quatrième température T4 est inférieure d’au plus 15°C, à la troisième température T3, de préférence encore, afin d’éviter des contraintes mécaniques excessives dans l’échangeur, d’au plus 10°C, et préférentiellement d’au plus 5°C, à la troisième température T4.
Selon un mode de réalisation particulier, les fluides frigorigènes F1, F2 et/ou F3… sont des fluides présentant des pressions différentes, de préférence des pressions qui augmentent suivant la direction longitudinale z. En particulier, le fluide frigorigène F1 s’écoule dans l’échangeur à une première pression P1 et le deuxième fluide frigorigène F2 s’écoule dans l’échangeur à une deuxième pression P2 qui est de préférence supérieure à la première pression P1. Les fluides F1, F2 et/ou F3… peuvent présenter la même composition. De préférence, le troisième fluide F3 présente une troisième pression P3 supérieure à la deuxième pression P2 du deuxième fluide F2.
Un échangeur selon l’invention peut être utilisé dans tout procédé mettant en œuvre plusieurs fluides frigorigènes de types différents, notamment en termes de composition et/ou de caractéristiques telles que pression, température, état physique ...
L’utilisation d’un échangeur selon l’invention est particulièrement avantageuse dans un procédé de liquéfaction d’un courant d’hydrocarbures tel que le gaz naturel. Un exemple d’un tel procédé est schématisé partiellement sur .
Selon le procédé de liquéfaction de gaz naturel schématisé par la , le gaz naturel, formant le fluide calorigène C, arrive par le conduit 110 par exemple à une pression comprise entre 4 MPa et 7 MPa et à une température comprise entre 30 °C et 60 °C. Le gaz naturel circulant dans le conduit 110, le premier courant réfrigérant 30 entrent dans l’échangeur E1, avec éventuellement un deuxième courant réfrigérant circulant 202, pour y circuler selon des directions parallèles et à co-courant avec le fluide calorigène C.
Le gaz naturel sort refroidi, voire au moins partiellement liquéfié, de l'échangeur E1 par le conduit 102, par exemple à une température comprise entre  35 °C et  70 °C. Le deuxième courant réfrigérant sort totalement condensé de l'échangeur E1 par le conduit 202, par exemple à une température comprise entre  35 °C et  70 °C.
Dans l’échangeur E1, trois fractions, également appelées débits ou courants partiels réfrigérants, 301, 302, 303 du premier courant réfrigérant en phase liquide sont successivement soutirées. Les fractions sont détendues à travers les vannes de détente V11, V12 et V13 à trois niveaux de pression différents, formant un fluide frigorigène F1, un deuxième fluide frigorigène F2 et un troisième fluide frigorigène F3. Ces trois fluides frigorigènes F1, F2, F3 de types différents sont réintroduits dans l’échangeur E1 ayant des passages frigorigènes munis de trois entrées distinctes 31, 32, 33 conformément à l’invention, puis vaporisées, au moins partiellement, de préférence totalement, par échange de chaleur avec le gaz naturel, le deuxième courant réfrigérant et une partie du premier courant réfrigérant.
Notons que les détentes donnent lieu à plusieurs fluides frigorigènes à l’état diphasique, c’est-à-dire comprenant une phase liquide et une phase gazeuse. Selon une possibilité, les fluides diphasiques peuvent chacun être introduits dans un organe séparateur de phase agencé en aval de chaque organe de détente. L’organe séparateur peut être tout dispositif adapté pour séparer un fluide diphasique en un courant gazeux d’une part et un courant liquide d’autre part. Les phases gazeuses peuvent être recombinées avant d’être introduites dans l’échangeur, ou bien être introduites séparément dans l’échangeur par des entrées distinctes, puis mélangées entre elles au sein de l’échangeur, au moyen d’un dispositif mélangeur tel que décrit par exemple dans FR-A-2563620 ou WO-A-2018172644. Ces dispositifs sont typiquement des pièces usinées comprenant un agencement particulier de canaux séparés pour une phase liquide et une phase gazeuse et d’orifices mettant ces canaux en communication fluidique afin de distribuer un mélange liquide-gaz.
Selon une autre possibilité, seules les phases liquides séparées des fluides frigorigènes diphasiques sont réintroduites dans l’échangeur E1 pour y être vaporisées contre le courant d’alimentation 110 et le premier courant réfrigérant 30. Les phases gazeuses sont de préférence détournées du premier échangeur E1, c’est-à-dire qu’elles n’y sont pas introduites. Les phases liquides forment lesdites parties fluides frigorigènes diphasiques réintroduites.
Notons que les fluides diphasiques peuvent éventuellement être réintroduits directement après détente à l’état de mélange liquide-gaz.
Les trois fluides frigorigènes F1, F2, F3 vaporisés sont envoyés à différents étages du compresseur K1, comprimés puis condensés dans le condenseur C1 par échange de chaleur avec un fluide extérieur de refroidissement, par exemple de l'eau ou de l'air. Le premier courant réfrigérant issu du condenseur C1 est envoyé dans l'échangeur E1 par le conduit 30. La pression du premier courant réfrigérant à la sortie du compresseur K1 peut être comprise entre 2 MPa et 6 MPa. La température du premier courant réfrigérant à la sortie du condenseur C1 peut être comprise entre 10 °C et 45°C.
Le premier courant réfrigérant peut être formé par un mélange d'hydrocarbures tels qu'un mélange d'éthane et de propane, mais peut également contenir du méthane, du butane et/ou du pentane. Les proportions en fraction molaires (%) des composants du premier mélange réfrigérant peuvent être:
Ethane: 30 % à 70 %
Propane: 30 % à 70 %
Butane: 0 % à 20 %
Le gaz naturel circulant dans le conduit 102 peut être fractionné, c'est-à-dire qu'une partie des hydrocarbures C2+ contenant au moins deux atomes de carbone est séparée du gaz naturel en utilisant un dispositif connu de l'homme de l'art. Le gaz naturel fractionné est envoyé par la conduite 102 dans l'échangeur E2. Les hydrocarbures C2+ recueillis sont envoyés dans des colonnes de fractionnement comportant un deéthaniseur. La fraction légère recueillie en tête du deéthaniseur peut être mélangée avec le gaz naturel circulant dans le conduit 102. La fraction liquide recueillie en fond du deéthaniseur est envoyée à un dépropaniseur.
Selon une réalisation avantageuse, illustrée par , le procédé selon l’invention peut comprendre en outre au moins un cycle de réfrigération supplémentaire du courant 102 opéré en aval du cycle précédemment décrit.
Notons que de manière générale, les termes « aval » et « amont » se réfèrent au sens d’écoulement du fluide considéré, ici le courant 110.
Ce cycle est mis en œuvre dans un échangeur de chaleur supplémentaire E2, généralement appelé échangeur de liquéfaction, en aval du premier échangeur de chaleur E1, appelé alors échangeur de pré-refroidissement.
L’échangeur E2 peut aussi être un échangeur à plaques. De préférence, le courant d’hydrocarbures refroidi 102 entre dans le deuxième échangeur E2 avec le deuxième courant réfrigérant 202. Les courants circulent dans des passages dédiés selon des directions parallèles à la direction longitudinale z et à co-courant.
Le deuxième courant réfrigérant 201 sortant de l'échangeur E2 est détendu par l'organe de détente T3 qui peut être une turbine, une vanne ou une combinaison d'une turbine et d’une vanne. Le deuxième courant réfrigérant 203 détendu issu de T3 est renvoyé dans l'échangeur E2 pour être vaporisé au moins partiellement en réfrigérant à contre-courant le gaz naturel et le deuxième courant réfrigérant.
En sortie de l'échangeur E2, le deuxième courant réfrigérant vaporisé est comprimé par le compresseur K2 puis refroidit dans l'échangeur de chaleur indirect C2 par échange de chaleur avec un fluide extérieur de refroidissement, par exemple de l'eau ou de l'air. Le deuxième courant réfrigérant issu de l'échangeur C2 est envoyé dans l’échangeur E1 par le conduit 20. La pression du deuxième courant réfrigérant en sortie du compresseur K2 peut être comprise entre 2 MPa et 8 MPa. La température du deuxième courant réfrigérant à la sortie de l'échangeur C2 peut être comprise entre 10 °C et 45 °C.
Dans le procédé décrit par , le deuxième courant réfrigérant n'est pas scindé en fractions séparées, mais, pour optimiser l'approche dans l'échangeur E2, le deuxième courant réfrigérant peut également être séparé en deux ou trois fractions, chaque fraction étant détendue à un niveau de pression différent puis envoyé à différents étages du compresseur K2.
Le deuxième courant réfrigérant est formé par exemple par un mélange d'hydrocarbures et d'azote tels qu'un mélange de méthane, d'éthane et d'azote mais peut également contenir du propane et/ou du butane. Les proportions en fractions molaires (%) des composants du deuxième mélange réfrigérant peuvent être:
Azote: 0 % à 10 %
Méthane: 30 % à 70 %
Ethane: 30 % à 70 %
Propane: 0 % à 10 %
Le gaz naturel sort liquéfié 101 de l'échangeur de chaleur E2 à une température de préférence supérieure d'au moins 10°C par rapport à la température de bulle du gaz naturel liquéfié produit à pression atmosphérique (la température de bulle désigne la température à laquelle les premières bulles de vapeur se forment dans un gaz naturel liquide à une pression donnée) et à une pression identique à la pression d'entrée du gaz naturel, aux pertes de charge près. Par exemple le gaz naturel sort de l’échangeur E2 à une température comprise entre  105 °C et  145 °C et à une pression comprise entre 4 MPa et 7 MPa. Dans ces conditions de température et de pression, le gaz naturel ne reste pas entièrement liquide après une détente jusqu'à la pression atmosphérique.
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 d’autres configurations d’injection et de d’extraction des fluides de l’échangeur, d’autre sens et directions d’écoulement des fluides, d’autres types de fluides, d’autres types de structures d’échange thermique… sont bien sûr envisageables, selon les contraintes imposées par le procédé à mettre en œuvre.

Claims (15)

  1. Echangeur de chaleur (E1) comprenant plusieurs plaques (2) parallèles entre elles et à une direction longitudinale (z), ledit échangeur (E1) présentant une longueur mesurée suivant la direction longitudinale (z), lesdites plaques étant empilées avec espacement de façon à définir une première série de passages (10) pour l’écoulement, suivant une direction globale d’écoulement parallèle à la direction longitudinale (z), d’au moins un premier fluide frigorigène (F1) et un deuxième fluide frigorigène (F2), au moins un passage (10) de la première série étant défini entre deux plaques (2) adjacentes et comprenant :
    • au moins une première entrée (31) configurée pour introduire le premier fluide frigorigène (F1) dans une première portion (100) dudit passage (10) et une première sortie (41) configurée pour évacuer le premier fluide frigorigène (F1) de la première portion (100),
    • au moins une deuxième entrée (32) configurée pour introduire le deuxième fluide frigorigène (F2) dans une deuxième portion (200) dudit passage (10) et une deuxième sortie (42) configurée pour évacuer le deuxième fluide frigorigène (F2) de la deuxième portion (200), lesdites première entrée, deuxième entrée, première sortie et deuxième sortie (31, 41, 32, 42) étant agencées de sorte que ledit au moins un passage (10) de la première série est divisé, suivant la direction longitudinale (z), en au moins la première portion (100) et la deuxième portion (200),
    • une première structure d’échange thermique (S1) agencée dans la première portion (100) et comprenant au moins une série de premières parois de guidage de fluide (121, 122, 123) présentant des premiers bords d’attaque (124) s’étendant orthogonalement à la direction longitudinale (z) de façon à faire face, en tout ou partie, au premier fluide frigorigène (F1) lorsque celui-ci s’écoule dans la première portion (100),
    • une deuxième structure d’échange thermique (S2) agencée dans la deuxième portion (200) et comprenant au moins une série de deuxièmes parois de guidage de fluide (221, 222, 223) présentant des deuxièmes bords d’attaque (224) s’étendant orthogonalement à la direction longitudinale (z) de façon à faire face, en tout ou partie, au deuxième fluide frigorigène (F2) lorsque celui-ci s’écoule dans la deuxième portion (200),
    caractérisé en ce que la surface de section transversale (A2) des deuxièmes bords d’attaque (224) est supérieure à la surface de section transversale (A1) des premiers bords d’attaque (124), lesdites surfaces de section transversale (A1, A2) étant mesurées orthogonalement à la direction longitudinale (z) et par mètre de longueur d’échangeur.
  2. Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface de section transversale (A2) des deuxièmes bords d’attaque (224) correspond à la surface de section transversale (A1) des premiers bords d’attaque (124) augmentée d’un coefficient multiplicateur au moins égal à 1,3, de préférence compris entre 1,5 et 5.
  3. Echangeur selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite au moins une série de premières parois de guidage de fluide (121, 122, 123) et ladite au moins une série de deuxièmes parois de guidage de fluide (221, 222, 223) forment respectivement au moins une première ondulation et au moins une deuxième ondulation comprenant chacune une pluralité d’ailettes (123, 223) se succédant suivant une direction latérale (y) qui est orthogonale à la direction longitudinale (z) et parallèle aux plaques (2), avec des sommets d’onde (121, 221, 321) et des bases d’onde (122, 222, 322) reliant alternativement lesdites ailettes (123, 223).
  4. Echangeur selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites première et deuxième ondulations présentent respectivement un premier pas (p1) et un deuxième pas (p2) inférieur au premier pas (p1), avec p1=25,4/n1et p2=25,4/n2, n1et n2représentant respectivement le nombre d’ailettes (123, 223) par pouce (1 pouce=25,4 millimètres) des première et deuxième ondulations mesuré suivant la direction latérale (y).
  5. Echangeur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premières parois de guidage de fluide (121, 122, 123) présentent une première épaisseur (e1) et les deuxièmes parois de guidage de fluide (221, 222, 223) présentent une deuxième épaisseur (e2), la deuxième épaisseur (e2) étant supérieure à la première épaisseur (e1).
  6. Echangeur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième structure d’échange thermique (S2) comprend plusieurs séries de deuxièmes parois de guidage de fluide (221i, 222i, 223i), (221i+1, 222i+1, 223i+1), (221i+2, 222i+2, 223i+2), lesdites séries se succédant suivant la direction longitudinale (z) et formant chacune une deuxième ondulation ayant une direction d’ondulation (D2) parallèle à la direction latérale (y), chaque deuxième ondulation étant décalée d’une deuxième distance prédéterminée (d2), suivant la direction latérale (y), par rapport à une deuxième ondulation adjacente, et présentant une deuxième longueur de serration (L2) suivant la direction longitudinale (z).
  7. Echangeur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première structure d’échange thermique (S1) comprend plusieurs séries de premières parois de guidage de fluide (121i, 122i, 123i), (121i+1, 122i+1, 123i+1), (121i+2, 122i+2, 123i+2), lesdites séries se succédant suivant la direction longitudinale (z) et formant chacune une première ondulation ayant une direction d’ondulation (D1) parallèle à la direction latérale (y), chaque première ondulation étant décalée d’une première distance prédéterminée (d1), suivant la direction latérale (y), par rapport à une première ondulation adjacente, et présentant une première longueur de serration (L1) suivant la direction longitudinale (z).
  8. Echangeur selon les revendications 6 et 7, caractérisé en ce que la deuxième longueur de serration (L2) est inférieure à la première longueur de serration (L1).
  9. Echangeur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites première entrée, deuxième entrée, première sortie et deuxième sortie (31, 41, 32, 42) sont agencées de sorte que la deuxième portion (200) est agencée en amont de la première portion (100) suivant la direction longitudinale (z), le premier fluide frigorigène (F1) et le deuxième fluide frigorigène (F2) s’écoulant globalement suivant la direction longitudinale (z).
  10. Echangeur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit au moins un passage (10) de la première série comprend en outre une troisième entrée (33) configurée pour introduire un troisième fluide frigorigène (F3) dans une troisième portion (300) dudit passage (10) et une troisième sortie (43) configurée pour évacuer le troisième fluide frigorigène (F3) de la troisième portion (300), lesdites troisièmes entrées (33) et troisièmes sorties (43) étant agencées de sorte que ledit au moins un passage (10) de la première série est divisé, suivant la direction longitudinale (z), en au moins la première portion (100), la deuxième portion (200) et la troisième portion (300), la troisième portion (300) comprenant une troisième structure d’échange thermique (S3) comprenant au moins une série de troisièmes parois de guidage de fluide (321, 322, 323) présentant des troisièmes bords d’attaque (324) s’étendant orthogonalement à la direction longitudinale (z) de façon à faire face, en tout ou partie, au troisième fluide frigorigène (F3) lorsque celui-ci s’écoule dans la troisième portion (300), la surface de section transversale totale (A3) de troisièmes bords d’attaque (324) étant supérieure à la surface de section transversale totale (A2) de deuxièmes bords d’attaque (224) et/ou supérieure à la surface de section transversale totale (A1) de premiers bords d’attaque (124), ladite surface de section transversale totale (A3) étant mesurée orthogonalement à la direction longitudinale (z) et par mètre de longueur d’échangeur.
  11. Echangeur selon la revendication 10, caractérisé en ce que la troisième entrée (33) et la troisième sortie (43) sont agencées de sorte que la troisième portion (300) est agencée en amont de la première portion (100) et en amont de la deuxième portion (200) suivant la direction longitudinale (z), le troisième fluide frigorigène (F3) s’écoulant globalement suivant la direction longitudinale (z).
  12. Echangeur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième portion (200) et/ou la troisième portion (300) comprennent au moins une ondulation supplémentaire ayant une pluralité d’ailettes se succédant suivant la direction longitudinale (z) et s’étendant orthogonalement à la direction longitudinale (z).
  13. Procédé d’échange de chaleur mettant en œuvre au moins un échangeur de chaleur (E1) selon l’une des revendications précédentes, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
    i) introduction d’un courant de fluide calorigène (C) dans au moins un passage (11) d’une deuxième série de passages définis entre les plaques (2) de l’échangeur (E1),
    ii) introduction d’un premier fluide frigorigène (F1) par la première entrée (31) d’au moins un passage (10) de la première série,
    iii) évacuation du premier fluide frigorigène (F1) introduit à l’étape ii) par la première sortie (41) dudit passage (10),
    iv) introduction d’un deuxième fluide frigorigène (F2) par la deuxième entrée (32) dudit passage (10),
    v) évacuation du deuxième fluide frigorigène (F2) introduit à l’étape iv) par la deuxième sortie (41) dudit passage (10),
    vi) ledit courant de fluide calorigène (C) échangeant de la chaleur au moins avec le premier fluide frigorigène (F1) via la première structure d’échange thermique (S1) et avec le deuxième fluide frigorigène (F2) via la deuxième structure d’échange thermique (S2).
  14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le premier fluide frigorigène (F1) évacué à l’étape iii) sort de l’échangeur (E1) à une première température (T1) et le deuxième fluide frigorigène (F2) introduit à l’étape iv) entre dans l’échangeur (E1) à une deuxième température (T2), la deuxième température (T2) étant inférieure à la première température (T1).
  15. Procédé de liquéfaction d’un courant d’hydrocarbures tel que le gaz naturel en tant que courant de fluide calorigène (C), ledit procédé mettant en œuvre au moins un échangeur de chaleur (E1) selon l’une des revendications 1 à 12 ou un procédé d’échange de chaleur selon l’une des revendications 13 ou 14 et comprenant les étapes suivantes :
    a) introduction du courant d’hydrocarbures (C) dans l’échangeur de chaleur (E1),
    b) introduction d’un premier courant réfrigérant (30) dans l’échangeur de chaleur (E1),
    c) extraction de l’échangeur de chaleur (E1) d’au moins un premier courant partiel réfrigérant (301) et un deuxième courant partiel réfrigérant (302) issus du premier courant réfrigérant (30),
    d) détente du premier courant partiel réfrigérant (301) et du deuxième courant partiel réfrigérant (302) à des niveaux de pression différents pour produire respectivement le premier fluide frigorigène (F1) et le deuxième fluide frigorigène (F2),
    e) réintroduction d’au moins une partie du premier fluide frigorigène (F1) dans l’échangeur de chaleur (E1) par au moins la première entrée (31) d’au moins un passage (10) de la première série,
    f) réintroduction d’au moins une partie du deuxième fluide frigorigène (F2) dans l’échangeur de chaleur (E1) par au moins la deuxième entrée (32) dudit passage (10),
    g) refroidissement du courant d’hydrocarbures (C) par échange de chaleur avec au moins le premier fluide frigorigène (F1) via la première structure d’échange thermique (S1) et avec le deuxième fluide frigorigène (F2) via la deuxième structure d’échange thermique (S2), de sorte à obtenir un courant d’hydrocarbures (C) refroidi, éventuellement au moins partiellement liquéfié.
FR1908806A 2019-08-01 2019-08-01 Echangeur de chaleur avec configuration de passages et structures d’échange thermique améliorées Active FR3099563B1 (fr)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1908806A FR3099563B1 (fr) 2019-08-01 2019-08-01 Echangeur de chaleur avec configuration de passages et structures d’échange thermique améliorées
US17/632,158 US20220268528A1 (en) 2019-08-01 2020-07-23 Heat exchanger having a configuration of passages and improved heat-exchange structures, and cooling method using at least one such heat exchanger
AU2020323728A AU2020323728A1 (en) 2019-08-01 2020-07-23 Heat exchanger having a configuration of passages and improved heat-exchange structures, and cooling method using at least one such heat exchanger
PCT/FR2020/051345 WO2021019160A1 (fr) 2019-08-01 2020-07-23 Échangeur de chaleur avec configuration de passages et structures d'échange thermique ameliorées et procédé de refroidissement en utilisant au moins un tel échangeur

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1908806 2019-08-01
FR1908806A FR3099563B1 (fr) 2019-08-01 2019-08-01 Echangeur de chaleur avec configuration de passages et structures d’échange thermique améliorées

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR3099563A1 true FR3099563A1 (fr) 2021-02-05
FR3099563B1 FR3099563B1 (fr) 2021-07-30

Family

ID=69190859

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR1908806A Active FR3099563B1 (fr) 2019-08-01 2019-08-01 Echangeur de chaleur avec configuration de passages et structures d’échange thermique améliorées

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220268528A1 (fr)
AU (1) AU2020323728A1 (fr)
FR (1) FR3099563B1 (fr)
WO (1) WO2021019160A1 (fr)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3131775B1 (fr) * 2022-01-07 2023-12-01 Air Liquide Echangeur de chaleur et appareil de séparation comportant un échangeur de chaleur

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4330308A (en) * 1979-05-18 1982-05-18 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Plate-type heat exchangers
FR2563620A1 (fr) 1984-04-27 1985-10-31 Linde Ag Echangeur de chaleur du type a plaques
EP1088578A1 (fr) * 1999-09-21 2001-04-04 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Vaporiseur-condenseur à thermosiphon et installation de distillation d'air correspondante
US20070227185A1 (en) * 2004-06-23 2007-10-04 Stone John B Mixed Refrigerant Liquefaction Process
WO2014087225A1 (fr) * 2012-12-05 2014-06-12 Blue Box Group S.R.L. Echangeur thermique
EP3015807A1 (fr) * 2014-10-28 2016-05-04 Valeo Systemes Thermiques Intercalaire d'échangeur thermique
WO2018172644A1 (fr) 2017-03-24 2018-09-27 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Echangeur de chaleur avec dispositif melangeur liquide/gaz a portion de canal regulatrice

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4330308A (en) * 1979-05-18 1982-05-18 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Plate-type heat exchangers
FR2563620A1 (fr) 1984-04-27 1985-10-31 Linde Ag Echangeur de chaleur du type a plaques
EP1088578A1 (fr) * 1999-09-21 2001-04-04 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Vaporiseur-condenseur à thermosiphon et installation de distillation d'air correspondante
US20070227185A1 (en) * 2004-06-23 2007-10-04 Stone John B Mixed Refrigerant Liquefaction Process
WO2014087225A1 (fr) * 2012-12-05 2014-06-12 Blue Box Group S.R.L. Echangeur thermique
EP3015807A1 (fr) * 2014-10-28 2016-05-04 Valeo Systemes Thermiques Intercalaire d'échangeur thermique
WO2018172644A1 (fr) 2017-03-24 2018-09-27 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Echangeur de chaleur avec dispositif melangeur liquide/gaz a portion de canal regulatrice

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FISCHER B: "A New Process to Reduce LNG Cost", AICHE SPRING MEETING. NATURAL GAS UTILIZATION CONFERENCE, X, US, 10 March 2002 (2002-03-10), pages 191 - 202, XP001538288 *

Also Published As

Publication number Publication date
FR3099563B1 (fr) 2021-07-30
WO2021019160A1 (fr) 2021-02-04
US20220268528A1 (en) 2022-08-25
AU2020323728A1 (en) 2022-02-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1352203B1 (fr) Procede de refrigeration de gaz liquefie et installation mettant en oeuvre celui-ci
JP5324464B2 (ja) 天然ガス液化のための熱交換器
EP0019508B1 (fr) Ensemble d'échange thermique du genre échangeur de chaleur à plaques
EP3479044B1 (fr) Echangeur de chaleur comprenant un dispositif de distribution d'un melange liquide/gaz
FR2545589A1 (fr) Procede et appareil de refroidissement et liquefaction d'au moins un gaz a bas point d'ebullition, tel que par exemple du gaz naturel
EP1118827B1 (fr) Procédé de liquéfaction partielle d'un fluide contenant des hydrocarbures tel que du gaz naturel
FR2743140A1 (fr) Procede et dispositif de liquefaction en deux etapes d'un melange gazeux tel qu'un gaz naturel
WO2018172644A1 (fr) Echangeur de chaleur avec dispositif melangeur liquide/gaz a portion de canal regulatrice
FR3099563A1 (fr) Echangeur de chaleur avec configuration de passages et structures d’échange thermique améliorées
EP3830511B1 (fr) Procede d'echange de chaleur
EP1179724B1 (fr) Echangeur thermique à blocs échangeurs multiples à ligne d'alimentation en fluide à distribution uniforme, et vaporiseur-condenseur comportant un tel échangeur
WO2012140369A2 (fr) Procede et appareil de liquefaction d'un gaz ou refroidissement d'un gaz d'alimentation a pression supercritique
WO2021019153A1 (fr) Procédé de liquéfaction de gaz naturel avec circulation améliorée d'un courant réfrigérant mixte
EP4062118B1 (fr) Echangeur de chaleur avec agencement de dispositifs mélangeurs améliorant la distribution d'un mélange diphasique
FR3131775A1 (fr) Echangeur de chaleur et appareil de séparation comportant un échangeur de chaleur
WO2021032916A1 (fr) Procédé de liquéfaction de gaz naturel avec configuration d'échangeur améliorée
WO2021122115A1 (fr) Dispositif mélangeur favorisant une distribution homogène d'un mélange diphasique, installation d'échange de chaleur et procédé de mélange associé
FR3060729A1 (fr) Echangeur de chaleur avec dispositif melangeur liquide/gaz a canal isolant thermique
FR3099560A1 (fr) Procédé de liquéfaction de gaz naturel avec injection améliorée d’un courant réfrigérant mixte
FR3060721A1 (fr) Echangeur de chaleur avec dispositif melangeur liquide/gaz a geometrie de canal amelioree
FR3101141A1 (fr) Echangeur de chaleur, système de liquéfaction à double cycle de refrigération comportant ledit echangeur de chaleur
FR3128011A1 (fr) Procédé et appareil de refroidissement d’un débit riche en CO2

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20210205

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 3

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 4

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 5