WO2020239767A1 - Exchanger-reactor with improved distribution areas - Google Patents

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WO2020239767A1
WO2020239767A1 PCT/EP2020/064578 EP2020064578W WO2020239767A1 WO 2020239767 A1 WO2020239767 A1 WO 2020239767A1 EP 2020064578 W EP2020064578 W EP 2020064578W WO 2020239767 A1 WO2020239767 A1 WO 2020239767A1
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WO
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exchanger
reactor
fluid
interface
exchange
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/064578
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French (fr)
Inventor
Nicolas GALLIENNE
Matthieu FLIN
Sébastien CADALEN
Olivier Dubet
Original Assignee
L'air Liquide Société Anonyme Pour L’Étude Et L'exploitation Des Procédés Georges Claude
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Publication date
Application filed by L'air Liquide Société Anonyme Pour L’Étude Et L'exploitation Des Procédés Georges Claude filed Critical L'air Liquide Société Anonyme Pour L’Étude Et L'exploitation Des Procédés Georges Claude
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    • F28D9/00Heat-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
    • F28D9/0062Heat-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
    • F28D9/0068Heat-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 with means for changing flow direction of one heat exchange medium, e.g. using deflecting zones
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    • F28F2250/00Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
    • F28F2250/02Streamline-shaped elements

Definitions

  • the present invention relates to the field of exchangers-reactors or exchangers.
  • the invention can be applied to an exchanger-reactor intended for carrying out endothermic or exothermic catalytic reactions.
  • the invention finds applications in several processes. It can be used in particular as an exchanger-reactor in reactions of the reforming type of hydrocarbons such as methane for the production of synthesis gas (called “syngas”) rich in hydrogen, or as an exchanger in processes. oxycombustion to preheat oxygen.
  • syngas synthesis gas
  • a commonly used technology is that of brazed plate and fin heat exchangers, which make it possible to obtain very compact devices offering a large exchange surface.
  • exchangers include plates between which are inserted heat exchange structures defining exchange channels, thus constituting a stack of stages where the various fluids circulate to be placed in indirect heat exchange relationship via the plates.
  • a technology of exchangers or exchanger-reactors inspired by plate exchangers is that of structured exchanger-reactors.
  • These reactor-exchangers comprise a stack of walls superimposed on one another and delimiting between them several series of stages of generally flat shape. These stages include fluid guide structures delimiting, depending on the type of stage, exchange channels, or reactive channels, where the chemical reaction takes place, or heat transfer channels to supply or remove the calories necessary for or produced by the reaction.
  • the channels can be formed by machining the walls or else be formed in the free space between the walls, the space being structured by partitions or studs inserted between the walls.
  • the stages of the exchangers-reactors or of the exchangers comprise so-called distribution zones arranged, following the overall direction fluid flow in the stage considered, upstream and downstream of the actual reaction and / or heat exchange zone.
  • the distribution zones are fluidly connected to collectors, generally of semi-tubular shape, configured to distribute the various fluids selectively in the appropriate stages, as well as to evacuate said fluids from said passages.
  • the term “distribution zone” will denote a zone intended for the introduction of fluids into the exchanger or intended for the evacuation of fluids outside the exchanger.
  • the term “exchange zone” will also denote a zone where a heat exchange and / or a chemical reaction takes place.
  • the term “exchanger” may designate an exchanger or a reactor-exchanger.
  • the distribution zones comprise structures, such as fins, partitions, studs, which ensure the deflection of the fluid coming from the inlet manifold of the exchanger in order to distribute it over the width of the exchange zones. , as well as the recovery of the fluid from the exchange zone. These structures also act as spacers between the walls to ensure the mechanical strength of the distribution area.
  • Another problem relates to the mechanical strength of the distribution zones. Indeed, these areas are generally provided with distributed structures with lower densities than that of the exchange areas. Since the distribution zones are parts where the thermal performance is lower compared to those of the heat exchange zones, it is desirable to configure the structures in an adequate way and to limit as much as possible the longitudinal extent of the distribution zones, while by ensuring a good compromise between thermal performance and resistance of the exchanger during the circulation of pressurized fluids within the stages. However, reducing the size of the distribution areas tends to make the guiding of the fluid flows in these areas more critical.
  • the object of the present invention is to provide an exchanger-reactor or an exchanger in which the distribution of the fluids in the reaction and / or exchange zones is as uniform as possible, in order to guarantee good homogeneity. heat exchanger-reactor, and which also has more compact distribution zones and better mechanical strength than in the prior art.
  • a solution according to the present invention is then an exchanger-reactor or exchanger comprising a plurality of walls stacked in a stacking direction z which is orthogonal to a longitudinal direction x and to a lateral direction y, so as to define between them at least a first series of stages configured for the flow of a first fluid and a second series of stages (configured for the flow of a second fluid to be placed in indirect heat exchange relation with the first fluid, in which :
  • each floor of the first series is defined between a pair of adjacent walls, a pair of longitudinal edges parallel to the longitudinal direction and a pair of side edges parallel to the lateral direction,
  • each stage is divided, in the longitudinal direction, into at least one exchange zone and at least one distribution zone arranged upstream and / or downstream of the exchange zone, with connection interfaces each arranged between the exchange zone and said distribution zone,
  • said exchange area comprises a plurality of exchange channels delimited by partitions which extend continuously between the two link interfaces, and
  • Said at least one distribution zone comprises a plurality of distributor channels which each connect a fluid inlet and / or fluid outlet interface arranged on a longitudinal edge of the stage with a connecting interface so as to convey the first fluid respectively to the exchange channels and / or from the exchange channels,
  • said at least one distribution zone has, in a plane parallel to the longitudinal and lateral directions, a surface distribution section Sdistrib delimited by a connecting interface, a fluid inlet or outlet interface and a contour curved outer,
  • each distributor channel being delimited by at least one guideline which extends between the fluid inlet and / or outlet interface and a connecting interface and which is a homothetic curve of the external contour with a predetermined homothety ratio , and
  • protrusions being adapted to changing at least one direction of flow of the first fluid and each having, in section in a plane parallel to the longitudinal and lateral directions, a wing-shaped hydrodynamic profile delimited by a leading edge, said leading edge being arranged so as to face the first fluid as it flows through the distribution zone, a trailing edge arranged downstream of the leading edge in the direction of flow of the first fluid, a first flow guide line and a second flow guide line interconnecting the leading edge and the leading edge, at least one of said first and second guide lines being curved towards the outer profile.
  • the invention may include one or more of the following characteristics:
  • the walls extend substantially parallel to each other and parallel to a plane defined by the longitudinal direction and the lateral direction.
  • leading edge and the trailing edge have a rounded shape, preferably convex.
  • the first flow guide line and the second flow guide line are curved towards the outer profile.
  • one of the first and second guide lines is curved in a direction opposite to the outer profile.
  • leading edge and the trailing edge are connected by a segment defining a maximum length of the hydrodynamic profile called chord length, said segment connecting one end of the leading edge and one end of the trailing edge with said ends located on the guideline.
  • the hydrodynamic profile has a chord length between the length of the guideline divided by the number of protuberances on said guideline and said length of the guideline divided by three times said number of protuberances and a maximum thickness between 5% and 10% of the chord length, the maximum thickness being defined as the maximum distance measured between the first flow guide line and the second flow guide line.
  • At least one protuberance has a variation of at least one dimension chosen from its chord length, its maximum thickness, for example relative to a respective dimension of at least one other protuberance 9 of the distribution zone.
  • the protuberances of the same guideline have hydrodynamic profiles with increasing chord lengths towards the connecting interface, and / or the protrusions have hydrodynamic profiles having maximum thicknesses decreasing along at least one line director in the direction of the link interface.
  • the protuberances have hydrodynamic profiles of the “airplane wing” type, preferably of the “NACA” type, the first flow guide line forming a first so-called “upper surface” camber of said profile and the second guide line d 'flow forming a second so-called “intrados” camber of said profile and the hydrodynamic profile having a median camber located at any point of its length at an equal distance from the extrados and the intrados, said median camber connecting one end of the edge of attack and one end of the trailing edge located on the guideline.
  • the protrusions have hydrodynamic profiles of the non-symmetrical arched NACA type comprising a first domed arch and a second hollowed out arch, with the first domed arch oriented towards the external contour.
  • the distribution zone comprises a plurality of guidelines arranged homothetically to each other from a center of homothety towards the external contour, the center of homothety being located at the intersection between the link interface and the interface d fluid inlet or outlet.
  • the external contour is elliptical or parabolic in shape.
  • the protuberances totaling an overall section defined as the sum of the areas of the cross sections of each protuberance measured in a plane parallel to the longitudinal direction and parallel to the lateral direction, with a ratio S9 / S Di s t ri b of at least 2%, preferably less than 30%, more preferably between 4 and 20%.
  • a first fillet is provided at the level of at least one junction between a protuberance and a wall and / or a second fillet is provided at the level of at least one junction between a protuberance and a partition delimiting a exchange channel, said first and second fillets having radii of curvature between 0.2 mm and the half-height of the floor, said height being measured in a direction of stacking of the walls which is orthogonal to the longitudinal direction and lateral direction.
  • the walls, the exchange channels, the distribution channels, the protuberances are formed integrally by an additive manufacturing process, preferably a laser melting process on a metal powder bed.
  • the protuberances each having, in section in a plane parallel to the longitudinal direction and to the stacking direction, a front face and a rear face inclined at an angle with respect to the stacking direction, preferably an angle included between 5 and 40 °.
  • the invention relates to a process for producing synthesis gas using a heat exchanger-reactor according to the invention.
  • it is a process for reforming hydrocarbons to produce synthesis gas rich in hydrogen.
  • a stream comprising hydrocarbons is used as the first fluid to feed the first series of stages, the exchange channels of which are covered with a catalyst, then forming reactive channels.
  • the first fluid preferably comprising methane and water vapor, reacts with the catalyst to produce synthesis gas.
  • the heat input necessary for this endothermic reaction is obtained by circulating a second coolant, such as combustion fumes, nitrogen, air or water, in the stages of the second series which comprise heat transfer channels in indirect heat exchange relationship via a wall with the adjacent reactive channels.
  • the second heat transfer fluid enters the exchanger at a temperature between 700 and 1200 ° C and leaves it at a temperature between 450 and 700 ° C.
  • a "channel” can be any type of hydraulic passage suitable for the circulation or guidance of a fluid and may have any shape of cross section, in particular circular or other, and be delimited by continuous or discontinuous walls.
  • Fig. 1 shows a general view of a heat exchanger-reactor according to one embodiment of the invention.
  • Fig. 2 shows a superposition of several types of stages of an exchanger-reactor according to Fig. 1.
  • Fig. 3 shows an example of three stages of an exchanger according to Fig. 1.
  • Fig. 4 shows a stage of an exchanger-reactor or of an exchanger according to one embodiment of the invention.
  • Fig. 5 shows a distribution zone connected to a portion of an exchange zone in a stage of a heat exchanger-reactor or of an exchanger according to one embodiment of the invention.
  • Fig. 6 is an enlarged view of FIG. 5.
  • Fig. 7 shows a protuberance according to one embodiment of the invention.
  • Fig. 8 shows protrusions according to one embodiment of the invention.
  • Fig. 9 shows protrusions according to one embodiment of the invention.
  • Fig. 10 shows protuberances according to one embodiment of the invention.
  • Fig. 1 is a three-dimensional view of a heat exchanger-reactor according to an embodiment of the invention which can be used for the implementation of a process for producing hydrogen by steam reforming.
  • a first fluid F1 for example a mixture of methane and water vapor, enters the exchanger via an inlet connector 2 and leaves it via an outlet manifold 6.
  • These collectors (or heads) are generally provided with inlet and outlet connectors 1 and 7 ensuring the fluidic links with the other equipment of the production installation.
  • the exchanger has three dimensions: length, measured in the longitudinal direction x, width, measured in the lateral direction y, and height, measured in the stacking direction z of the walls 12 of the exchanger (not visible in FIG. 1). ).
  • the exchanger comprises at least a first series of stages 10 and a second series of stages 1 1 superimposed on each other in the stacking direction z.
  • the floors extend substantially parallel to each other and to a plane defined by the x and y directions.
  • Each stage is delimited between two adjacent walls 12, a pair of side edges arranged parallel to the lateral direction y and a pair of longitudinal edges arranged parallel to the longitudinal direction x.
  • the walls 12 extend generally parallel to each other and parallel to the longitudinal direction x and to the lateral direction y, said longitudinal and lateral directions being orthogonal to each other.
  • exchangers or exchanger-reactors in one piece can be welded together in order to obtain a larger exchanger or exchanger-reactor.
  • the collectors 6, 7 are configured so as to evacuate all of the stages 10 of the first series in the first fluid F1 and to recover said first fluid F1 from these stages.
  • the manifolds 2, 6 can be welded to the parallelepipedal body of the heat exchanger or of the heat exchanger-reactor or else, advantageously, be directly manufactured with the body of the heat exchanger to obtain a part without an assembly interface, preferably by an additive manufacturing process.
  • a second fluid F2 circulates in stages 1 1 of the second series.
  • the flow of the first and second fluids occurs generally parallel to the x flow direction, preferably the first and second fluids flow countercurrently.
  • the second fluid F2 is typically a heat transfer fluid. It allows, in the case of a hydrocarbon reforming process such as methane steam reforming, to provide the heat input necessary for the chemical reaction which takes place in the stages 10 of the first series in which the first reactive fluid F1 circulates.
  • the exchanger-reactor according to the invention may include a third series of stages 15 interposed between stages 10, 1 1 of the first and second series. These stages 15 may be intended in particular for the circulation of a third fluid F3 which is preferably formed by the product of the chemical reaction carried out in stages 10, preferably synthesis gas rich in hydrogen.
  • the reactor exchanger comprises fluidic connection means connecting at least one stage 10 of the first series with a stage 15 of the third series.
  • the stages 10, 11 of the first and second series can be positioned alternately but not necessarily, it being understood that at least part of the stages 11 are adjacent to a stage 10.
  • Fig.2 shows an example of a possible arrangement of different types of stages 10, 1 1, 15 of an exchanger-reactor according to Fig.1. Such an order of arrangement of floors can be used to recover heat from products. This sequence of stages can be reproduced one or more times in the z direction.
  • Fig. 4 shows a stage 10 of the first series according to one embodiment of the invention. This stage is delimited by two walls 12, two longitudinal edges 10a and two lateral edges 10b
  • the first fluid F1 enters the body of the exchanger or the exchanger-reactor through the inlet manifold 2 then passes through a distribution (inlet) zone 3 arranged upstream of an exchange zone 4 and making it possible to ensure a homogeneous distribution of the fluid over a plurality of exchange channels 41 arranged across the width of the exchange zone 4, in order to guarantee the good performance of the equipment.
  • a distribution (inlet) zone 3 arranged upstream of an exchange zone 4 and making it possible to ensure a homogeneous distribution of the fluid over a plurality of exchange channels 41 arranged across the width of the exchange zone 4, in order to guarantee the good performance of the equipment.
  • the exchange channels 41 are delimited by rectilinear partitions 46 (see Fig. 6) which extend parallel to the longitudinal direction x.
  • said partitions 46 extend between two adjacent walls 12 over the entire height h of a floor, so as to be in contact with, or even merge with, said walls, said height being measured parallel to the stacking direction z ( see Fig. 2).
  • the fluid passes through the exchange zone 4 and is collected in a distribution (output) zone 5 arranged downstream of said exchange zone 4.
  • the output distribution zone 5 operates in conjunction with the distribution zone of inlet 3 and is designed to ensure homogeneous recovery of the fluid from the exchange channels 41 of the exchange zone 4.
  • the fluid leaves the body of the exchanger or of the exchanger-reactor via an outlet head 6 via the outlet connector 7.
  • the distribution zone 3 located at the entrance to the exchanger is delimited in particular by an input interface 33 and a connection interface 43 between the distribution zone 3 and the exchange zone 4.
  • the connection interface 43 typically marks the end of the distribution channels 31 and the start of the exchange channels 41.
  • the distribution zone 5 located at the outlet of the exchanger is delimited in particular by an output interface 55 and a connection interface 45 between the distribution zone 5 and the exchange zone 4.
  • the connection interface 45 typically marks the end of the exchange channels 41 and the start of the distribution channels 51.
  • the input 33 and output 55 interfaces have a rectilinear shape aligned with a longitudinal edge 10a.
  • the connecting interfaces 43, 45 have a rectilinear shape and extend parallel to a side edge 10b.
  • Fig. 3 is a partial exploded view of three types of stages 10, 1 1, 15 intended to be superimposed in a heat exchanger-reactor according to FIG. 1.
  • each stage 15 of the third series is also divided, along the longitudinal x direction, into a circulation zone comprising circulation channels 151, preferably rectilinear, and at least one distribution zone comprising distribution channels 155.
  • each stage 1 1 of the second series also comprises circulation channels 1 1 1 rectilinear which extend parallel to the longitudinal direction x.
  • the present invention relates to the inlet and / or outlet distribution zones of the exchanger and applies in the same way for these two types of zones.
  • the exchanger according to the invention may comprise a third series of stages 15 according to the invention and therefore comprise at least one distribution zone configured according to the same principles as a distribution zone of a stage 10 of the first series. All of the possible characteristics of the invention detailed below are therefore applicable but will not be repeated in detail for the sake of brevity.
  • Fig. 5, Fig. 6 and Fig. 7 illustrate in detail the characteristics of a distribution zone 3 according to the invention, which is an entrance zone in the example illustrated.
  • Fig. 6 is a more detailed view of FIG. 5.
  • Zone 3 has a surface distribution section Sdistrib delimited between the connection interface 43 with the exchange zone 4, the input interface 33 and an external contour D of arcuate shape, which extends in a plane parallel to the longitudinal x and lateral y directions and connects the interfaces 43 and 33. It is in this section of the distribution zone that the distribution channels 31 are made.
  • the input interface 33 has a first length L x measured along the longitudinal direction x
  • the link interface 43 has a second length L y measured along the lateral direction y.
  • the first length L is preferably greater than the second length y , preferably in a ratio R of between 2 and 5. Due to the bend. that the first fluid must perform when it flows to or from the exchange zone, it becomes critical to control the distribution of the fluid so that it supplies the exchange zone 4 uniformly over its entire width, while ensuring sufficient mechanical strength. This is what the present invention aims to improve.
  • Each distributor channel 31 is delimited by at least one guideline d m .
  • the channels 31 located at the ends of the distribution zone 3 are delimited either between the contour D and a guideline, or between a guideline, the interface 43 and the interface 33.
  • the other channels 31 are delimited by two adjacent guidelines.
  • each guideline d m is a homothetic curve of the external contour D with a predetermined homothety ratio k m .
  • a plurality of protuberances 9 are arranged along each directing line d m and extend between the pair of adjacent walls 12 forming the stage 10 considered, over the entire height of the stage 10. The protrusions 9 form distinct entities spaced from each other.
  • each protuberance 9 has, in section in a plane parallel to the x and y directions, a hydrodynamic profile delimited by a leading edge 92 of rounded shape, preferably convex, a trailing edge 97, a first guide line d flow 96 and a second flow guide line 99, said lines connecting the leading and trailing edges.
  • leading edge is meant a portion of the profile located at an upstream end, following the flow of the fluid, of said profile and which is arranged so as to face the first fluid F1 when it flows in the distribution zone considered.
  • trailing edge is meant a portion located at a downstream end of the profile, following the direction of flow of the first fluid F1, that is to say the rear portion of the profile in the direction of flow.
  • the arrangement of protuberances in the distribution zone according to the invention makes it possible to ensure efficient guidance of the fluid from and to the exchange zone while consolidating the distribution zone thanks to an efficient support of the walls 12.
  • the distribution of the protuberances along curves arranged homothetically to each other allows a homogeneous distribution of the protuberances and therefore good mechanical strength.
  • the mechanical stresses are distributed over the entire Sdistrib surface of the distribution zone.
  • hydrodynamic profiles with at least one curved guide line makes it possible to properly orient the flow of the first fluid and to reduce the disturbances that the protrusions could generate 9.
  • first guide line 96 and the second guide line 99 are curved in the direction of the outer profile D, as in the example of FIG. 7. This makes it possible to orient the leading edge with the flow of the incident fluid and to direct the fluid in the desired direction with a gradual change of direction in order to limit the pressure losses.
  • the trailing edge 97 also has a rounded shape, preferably convex. Having hydrodynamic profiles devoid of sharp edges optimizes the flow in the distribution area while limiting the impact on the mechanical resistance of the latter.
  • the leading edge 92 includes an end point 92a at which the flow is divided into two portions, each passing through one side of the profile.
  • This end point 92a may be a point on the profile where the fluid first impacts the protuberance.
  • the leading edge 92 and the trailing edge 97 comprise ends 92a, 97a connected by a segment C defining a maximum length of the hydrodynamic profile called the chord length L c .
  • the ends 92a, 97a are located on the guideline d m considered.
  • Another characteristic dimension of the protuberance profiles 9 may be the maximum thickness e of the profile, illustrated in FIG. 7 and defined as the distance maximum measured between the first flow guide line 96 and the second flow guide line 99.
  • the protuberances 9 each have chord lengths L c of between 1 and 20 mm and / or maximum thicknesses e less than or equal to Le.
  • the protuberances 9 can have identical chord lengths L c and / or maximum thicknesses e.
  • At least one protuberance 9 has a variation of at least one dimension chosen from its chord length L c , its maximum thickness e, with respect to a respective dimension of at least one other protuberance 9 of the zone of distribution 3, 5. This offers an additional degree of freedom to best adjust the flow characteristics of the first fluid F1 according to the position of the guideline d m in the distribution zone and / or according to the point of advance of the first fluid F1 along a direct line d m .
  • the protuberances 9 of the same guideline d m may have hydrodynamic profiles having chord lengths L c increasing along at least one guideline d m , and this from the interface 33 towards the interface link 43 in the case of an input distribution zone 3 or from the output interface 55 to the link interface 45 in the case of an output distribution zone. This change makes it possible to ensure good homogeneity of the distance between protuberances and of the quantity of material in the distribution zone.
  • the protuberances 9 of the same guideline d m may have maximum thicknesses e which decrease in the direction of the connection interfaces 43, 45.
  • the protuberances 9 have “airplane wing” hydrodynamic profiles of the “NACA” type.
  • NACA profiles in a distribution zone according to the invention offers the advantages of limiting the pressure drop in order to ensure good distribution while ensuring sufficient mechanical strength to withstand the conditions of use.
  • the first flow guide line 96 forming a first so-called “upper surface” camber of the profile and the second flow guide line 99 forms a second so-called “lower surface” camber.
  • the hydrodynamic profile having a median camber 98 located at any point of its length at an equal distance from the upper surface 96 and the lower surface 99, said median arch 98 connecting one end 92a of the leading edge 92 and one end of the leading edge.
  • leak 97 located on the guideline dm or having at least its ends 92a and 97a superimposed on the guideline.
  • the protrusions 9 have hydrodynamic profiles of the non-symmetrical arched NACA type with a first arch 96 curved towards the outer contour D and a second arch curved towards the outer contour D. This makes it possible to guide the flow between the gradual entry and exit of the distribution area by limiting pressure drops.
  • the first and second camber do not necessarily have the same degree of camber.
  • the profile is preferably a NACA profile without a sharp edge, with a trailing edge 97 of rounded shape.
  • Fig. 7 shows an example of a protuberance 9 of NACA profile arranged in an outlet distribution zone 5.
  • the median camber 98 can be defined with respect to a guideline d m of elliptical or parabolic shape separating two distribution channels from the distribution zone.
  • a change of reference is made, to pass into the reference associated with the curvilinear abscissa (s) associated with the curve d m between the leading edge 92 of the curvilinear abscissa so and the trailing edge 97 of abscissa s ⁇ .
  • - x is the normalized position between 0 and 1 on a line connecting the leading edge and the trailing edge
  • the median camber Y c of the NACA profile can be calculated with the equation: or :
  • x is the normalized position between 0 and 1 on a line connecting the leading edge and the trailing edge.
  • K1, K2 and K3 digital parameters adjustable according to the desired camber profile.
  • the thickness should be applied perpendicular to the camber line, the coordinates (x u , yu) and (XL, YL) can be calculated with the following equations: acp— x— jft siii QU ⁇ ⁇ c + Vt COS 0
  • the distribution zone 3, 5 comprises a plurality of guidelines d m , d m + i , d m + 2 ... arranged homothetically to each other from a center of homothety O towards the external contour D, the center of homothety O being located at the intersection between the connection interface 43, 45 and the fluid inlet or outlet interface 33, 55.
  • Such a zone is shown schematically in FIG. 6.
  • the distribution zone 3, 5 comprises a number M of distributor channels 31, 51, M being an integer greater than 1, said channels have, at the level of the fluid inlet or outlet interface 33, 55, first dimensions which are preferably substantially identical, and have, at the level of the connection interface 43, 45, second dimensions which are preferably substantially identical, said first and second dimensions being measured in the longitudinal x and lateral y direction respectively.
  • the outer contour D defines an arc of a curve, preferably an arc of an ellipse or a parabola.
  • the external contour D can be defined by a portion of an elliptical or parabolic curve.
  • the outer contour can be defined respectively by the equations:
  • the distance between two protuberances is adjusted in order to ensure good mechanical strength and to consider finishing steps (such as the deposition of a protective coating against corrosion, the deposition of a catalyst, ...), of the wall separating two successive floors.
  • This distance may correspond to the width of an exchange channel, measured in the lateral direction y. Having the distance between protuberance and its neighboring protuberances greater than or equal to the diameter of the channels of the exchange zone makes it possible to ensure that the distribution zone is not the weak point for the flow of any fluid used. as part of a completion. Consequently, this distance helps to prevent any excessive deposit in the distribution area causing local clogging of the hydraulic passages.
  • the fluids used for finishing can have physical properties very different from the fluid used during the operation of the exchanger-reactor or the exchanger. It is thus possible to use a notion of a circle inscribed between the protuberances, as illustrated in FIG. 10.
  • the maximum diameter of this circle will preferably not be too large to limit the mechanical impact. It can be determined according to the operating pressure of the exchanger.
  • the maximum diameter of the inscribed circle will be 8 mm.
  • this diameter will preferably be at least 2 mm in order to preserve a good flow of the fluid.
  • Heat exchange and mechanical strength can also be intensified by increasing the number of protrusions.
  • a predetermined number of protuberances can be arranged along guidelines and additional protuberances staggered between these guidelines, as shown for example in FIG. 8.
  • the exchange zone 4 comprising an integer number N of exchange channels 41, N preferably being a multiple of the number M of distributor channels in order to be able to align, at the level of the link interface 43, 45, a sub- set of exchange channels 41 with a distributor channel.
  • N preferably being a multiple of the number M of distributor channels in order to be able to align, at the level of the link interface 43, 45, a sub- set of exchange channels 41 with a distributor channel.
  • Two guidelines of indices m and m + 1 forming between them a distributor channel of index i m then join two partitions 46 delimiting between them at least two exchange channels (see for example Fig. 8).
  • the protuberance 9 closest to the exchange zone is extended until it merges with a partition 46 delimiting two successive exchange channels and arranged opposite the protuberance 9.
  • This relation makes it possible to maximize the number of protuberances in a minimum bulk.
  • this ensures good distribution of the fluid by reducing the criterion defining the homogeneity of the distribution and which can be expressed by the ratio (Vmax - Vmin) A / m o y , with Vmax and Vmin the maximum speeds and minimum reached by the fluid at the level of the connection interface and V m o y the speed of the fluid at the level of the connection interface averaged over all of the distribution channels.
  • the protuberances total an overall section S9 defined as the sum of the areas of the cross sections of each protuberance 9, measured in a plane parallel to the longitudinal direction x and parallel to the lateral direction y, with a ratio Sg / S Di s t n b of at least 2%, preferably less than 30%, more preferably between 4 and 20%.
  • S9 is preferably determined so that:
  • the pressure P applied in the distribution channels is between 1 barg and 40 barg (relative bar).
  • S9 / S di stri b 15.5%
  • the distribution zone comprises at least one protuberance 9 connected, at the level of the connection interface, to a partition 46 delimiting an exchange channel 41, so that said protuberance is in contact, or even merges, that is to say forms the same part, with the partition 46 (see FIG. 8).
  • each guideline has a protuberance 9 connected with a partition 46 of the exchange zone 4.
  • a second connecting fillet (14 in Fig. 8) is provided at the level of at least one junction between a protuberance 9 and a partition 46.
  • the second fillet extends in a plane parallel to the longitudinal x and lateral directions. y and preferably over the entire height of the floor 10.
  • the connection fillet can be provided on the side of the exchange zone 4 and / or on the side of the distribution zone 3, 5. The second connection fillet allows improve mechanical resistance by eliminating sharp angles.
  • a first fillet can be provided at the level of at least one junction between a protuberance 9 and a wall.
  • the first fillet extends over the entire periphery of the protuberance. The radii of curvature of the protuberances at the interfaces with the lower and upper walls of the floors help prevent concentrations of mechanical stress.
  • said first and second fillets have radii of curvature r c between 0.2 mm and the half-height h of stage 10. This dimensioning makes it possible to avoid stress concentrations.
  • the fillets have concave profiles.
  • the exchanger-reactor or the exchanger according to the invention is formed in one piece, or in other words of the monobloc type, that is to say having no assembly interface between the distribution zone. and the exchange zone and between the different floors of these zones.
  • At least the walls 12, the exchange channels 41, the distributor channels 31, 51, the protuberances 9 are formed integrally by an additive manufacturing process.
  • the part is built layer by layer, the layers are of the order of 50 ⁇ m, depending on the precision of the desired shapes and the desired deposition rate.
  • This type of process makes it possible to finely control the deposition of the material in the desired zones and makes it possible to produce three-dimensional parts of more complex shape than with conventional manufacturing methods.
  • the additive manufacturing method uses at least one micrometric-sized metal powder as base material, and / or at least one laser as energy source.
  • the metal to be melted can be supplied either by powder bed or by a spray nozzle.
  • a laser melting process on a bed of metal powder is used.
  • Metallic powders of micrometric size are melted by one or more lasers.
  • the lasers used to locally melt the powder are either YAG, fiber or CO2 lasers and the melting of the powders is carried out under inert gas, such as argon, helium, mixtures of argon and helium. .
  • the protrusions 9 may each have, in section in a plane parallel to the longitudinal direction x and to the stacking direction z, a front edge 9a and a rear face 9b inclined at an angle Q with respect to the stacking direction z, preferably an angle Q of between 0 and 45 °.
  • This embodiment is illustrated in FIG. 9. Tending to 45 ° improves additive manufacturability by printing the heat exchanger in the primary direction of fluid flow.
  • the exchanger-reactor according to the invention is of the millistructured, or even microstructured, type.
  • the exchange channels of the millistructured exchanger are of millimeter dimensions, for example with a height h between the walls of the order of 0.2 mm to 10 mm and a width of the same order of magnitude. .
  • the structuring and reduction of the fluid passage section in the channels allows the intensification of heat and mass transfers during the reaction.

Abstract

The invention relates to an exchanger-reactor or an exchanger comprising a plurality of walls (12) stacked in a stacking direction (z) which is orthogonal to a longitudinal direction (x) and to a lateral direction (y) so as to define at least a first series of stages therebetween (10). Each stage (10) is divided, in the longitudinal direction (x), into at least one exchange area (4) and at least one distribution area (3, 5) arranged upstream and/or downstream of the exchange area (4), with connection interfaces (43, 45) each arranged between the exchange area (4) and the distribution area (3, 5), the exchange area (4) comprises a plurality of exchange channels (41) defined by partitions (46) which extend continuously between the two connection interfaces (43, 45), and the at least one distribution area (3, 5) comprises a plurality of distributor channels (31, 51) which each connect a fluid inlet (33) interface and/or fluid outlet (55) interface arranged on a longitudinal edge (10a) of the stage (10) with a connecting interface (43, 45) so as to convey the first fluid (F1) to the exchange channels (41) and/or from the exchange channels (41), respectively, each distributor channel (31, 51) being defined by at least one guideline (dm) which extends between the fluid inlet interface and/or outlet interface (33, 55) and a connecting interface (43, 45) and which is a homothetic curve of the outer contour (D) with a predetermined homothetic ratio (km), and a plurality of protrusions (9) being arranged along each guideline (dm) and extending between the pair of adjacent walls (12), the protrusions (9) being capable of changing at least one flow direction of the first fluid (F1) and each having, in cross section in a plane parallel to the longitudinal (x) and lateral (y) directions, a wing-shaped hydrodynamic profile.

Description

DESCRIPTION DESCRIPTION
Titre : Echangeur-réacteur avec zones de distribution perfectionnées Title: Exchanger-reactor with improved distribution zones
La présente invention se rapporte au domaine des échangeurs-réacteurs ou des échangeurs. The present invention relates to the field of exchangers-reactors or exchangers.
En particulier l’invention peut s’appliquer à un échangeur-réacteur destiné à la mise en œuvre en œuvre de réactions catalytiques endothermiques ou exothermiques. In particular, the invention can be applied to an exchanger-reactor intended for carrying out endothermic or exothermic catalytic reactions.
L’invention trouve des applications dans plusieurs procédés. Elle peut être utilisée notamment en tant qu’échangeur-réacteur dans des réactions du type reformage d’hydrocarbures tel du méthane pour la production de gaz de synthèse (dit « syngas ») riche en hydrogène, ou en tant qu’échangeur dans des procédés d’oxycombustion pour préchauffer de l’oxygène. The invention finds applications in several processes. It can be used in particular as an exchanger-reactor in reactions of the reforming type of hydrocarbons such as methane for the production of synthesis gas (called "syngas") rich in hydrogen, or as an exchanger in processes. oxycombustion to preheat oxygen.
Une technologie couramment utilisée est celle des échangeurs à plaques et à ailettes brasés, qui permettent d’obtenir des dispositifs très compacts offrant une grande surface d’échange. A commonly used technology is that of brazed plate and fin heat exchangers, which make it possible to obtain very compact devices offering a large exchange surface.
Ces échangeurs comprennent des plaques entre lesquelles sont insérées des structures d’échange thermique délimitant des canaux d’échange, constituant ainsi un empilage d’étages où circulent les différents fluides à mettre en relation d’échange thermique indirect via les plaques. These exchangers include plates between which are inserted heat exchange structures defining exchange channels, thus constituting a stack of stages where the various fluids circulate to be placed in indirect heat exchange relationship via the plates.
Un technologie d’échangeurs ou d’échangeurs-réacteurs inspirée des échangeurs à plaques est celle des échangeurs-réacteurs structurés. Ces échangeurs-réacteurs comprennent un empilement de parois superposées les unes aux autres et délimitant entre elles plusieurs série d’étages de forme globalement plate. Ces étages comprennent des structures de guidage de fluide délimitant, selon le type d’étage, des canaux d’échange, ou canaux réactifs, où a lieu la réaction chimique, ou des canaux caloporteurs pour apporter ou évacuer les calories nécessaires à ou produits par la réaction. A technology of exchangers or exchanger-reactors inspired by plate exchangers is that of structured exchanger-reactors. These reactor-exchangers comprise a stack of walls superimposed on one another and delimiting between them several series of stages of generally flat shape. These stages include fluid guide structures delimiting, depending on the type of stage, exchange channels, or reactive channels, where the chemical reaction takes place, or heat transfer channels to supply or remove the calories necessary for or produced by the reaction.
Les canaux peuvent être formés par usinage des parois ou bien être formés dans l’espace libre entre les parois, l’espace étant structuré par des cloisons ou des plots insérés entre les parois. The channels can be formed by machining the walls or else be formed in the free space between the walls, the space being structured by partitions or studs inserted between the walls.
De façon connue, les étages des échangeurs-réacteurs ou des échangeurs comprennent des zones dites de distribution agencées, en suivant la direction globale d’écoulement du fluide dans l’étage considéré, en amont et en aval de la zone de réaction et/ou d’échange thermique proprement dite. Les zones de distribution sont reliées fluidiquement à des collecteurs, en général de forme semi-tubulaire, configurés pour distribuer les différents fluides sélectivement dans les étages appropriés, ainsi que pour évacuer lesdits fluides desdits passages. Dans la suite, on désignera par « zone de distribution » une zone destinée à l’introduction des fluides dans l’échangeur ou destinée à l’évacuation des fluides en-dehors de l’échangeur. On désignera également par « zone d’échange » une zone où a lieu un échange thermique et/ou une réaction chimique. Le terme « échangeur » pourra désigner un échangeur ou un échangeur-réacteur. In a known manner, the stages of the exchangers-reactors or of the exchangers comprise so-called distribution zones arranged, following the overall direction fluid flow in the stage considered, upstream and downstream of the actual reaction and / or heat exchange zone. The distribution zones are fluidly connected to collectors, generally of semi-tubular shape, configured to distribute the various fluids selectively in the appropriate stages, as well as to evacuate said fluids from said passages. In the following, the term “distribution zone” will denote a zone intended for the introduction of fluids into the exchanger or intended for the evacuation of fluids outside the exchanger. The term “exchange zone” will also denote a zone where a heat exchange and / or a chemical reaction takes place. The term “exchanger” may designate an exchanger or a reactor-exchanger.
De façon connue, les zones de distribution comprennent des structures, telles des ailettes, des cloisons, des plots, qui assurent la déviation du fluide provenant du collecteur d’entrée de l’échangeur afin de le répartir sur la largeur des zones d’échange, ainsi que la récupération du fluide provenant de la zone d’échange. Ces structures jouent également le rôle d’entretoises entre les parois afin d’assurer la tenue mécanique de la zone de distribution. In a known manner, the distribution zones comprise structures, such as fins, partitions, studs, which ensure the deflection of the fluid coming from the inlet manifold of the exchanger in order to distribute it over the width of the exchange zones. , as well as the recovery of the fluid from the exchange zone. These structures also act as spacers between the walls to ensure the mechanical strength of the distribution area.
Un problème qui se pose avec la configuration des zones de distribution actuelles est la mal-distribution des fluides depuis ou vers les zones d’échange thermique. Une mauvaise conception des structures des zones de distribution peut entraîner des variations de pertes de charges et de débit dans la largeur de l’échangeur-réacteur, nuisant à son efficacité thermique et à son bon fonctionnement. One problem that arises with the configuration of current distribution areas is the poor distribution of fluids to or from the heat exchange areas. Poor design of distribution area structures can lead to variations in pressure drop and flow rate across the width of the heat exchanger-reactor, affecting its thermal efficiency and proper operation.
Un autre problème concerne la tenue mécanique des zones de distribution. En effet, ces zones sont généralement munies de structures réparties avec de plus faibles densités que celle des zones d’échange. Les zones de distribution constituant des parties où les performances thermiques sont moindres comparées à celles des zones d’échange de chaleur, il est souhaitable de configurer les structures de façon adéquate et de limiter le plus possible l’étendue longitudinale des zones de distribution, tout en assurant un bon compromis entre performance thermique et tenue de l’échangeur lors de la circulation de fluides sous pression au sein des étages. Or, la réduction de l’encombrement des zones de distribution tend à rendre plus critique le guidage des écoulements de fluides dans ces zones. Another problem relates to the mechanical strength of the distribution zones. Indeed, these areas are generally provided with distributed structures with lower densities than that of the exchange areas. Since the distribution zones are parts where the thermal performance is lower compared to those of the heat exchange zones, it is desirable to configure the structures in an adequate way and to limit as much as possible the longitudinal extent of the distribution zones, while by ensuring a good compromise between thermal performance and resistance of the exchanger during the circulation of pressurized fluids within the stages. However, reducing the size of the distribution areas tends to make the guiding of the fluid flows in these areas more critical.
La présente invention a pour but de proposer un échangeur-réacteur ou un échangeur dans lequel la répartition des fluides dans les zones de réaction et/ou d’échange est la plus uniforme possible, afin de garantir une bonne homogénéité thermique de l’échangeur-réacteur, et qui présente en outre des zones de distribution plus compactes et de meilleure résistance mécanique que dans l’art antérieur. The object of the present invention is to provide an exchanger-reactor or an exchanger in which the distribution of the fluids in the reaction and / or exchange zones is as uniform as possible, in order to guarantee good homogeneity. heat exchanger-reactor, and which also has more compact distribution zones and better mechanical strength than in the prior art.
Une solution selon la présente invention est alors un échangeur-réacteur ou échangeur comprenant une pluralité de parois empilées suivant une direction d’empilement z qui est orthogonale à une direction longitudinale x et à une direction latérale y, de façon à définir entre elles au moins une première série d’étages configurés pour l’écoulement d’un premier fluide et une deuxième série d’étages (configurés pour l’écoulement d’un deuxième fluide à mettre en relation d’échange thermique indirect avec le premier fluide, dans lequel : A solution according to the present invention is then an exchanger-reactor or exchanger comprising a plurality of walls stacked in a stacking direction z which is orthogonal to a longitudinal direction x and to a lateral direction y, so as to define between them at least a first series of stages configured for the flow of a first fluid and a second series of stages (configured for the flow of a second fluid to be placed in indirect heat exchange relation with the first fluid, in which :
- chaque étage de la première série est défini entre une paire de parois adjacentes, une paire de bords longitudinaux parallèles à la direction longitudinale et une paire de bords latéraux parallèles à la direction latérale, - each floor of the first series is defined between a pair of adjacent walls, a pair of longitudinal edges parallel to the longitudinal direction and a pair of side edges parallel to the lateral direction,
- chaque étage est divisé, suivant la direction longitudinale, en au moins une zone d’échange et au moins une zone de distribution agencée en amont et/ou en aval de la zone d’échange, avec des interfaces de liaison agencées chacune entre la zone d’échange et ladite zone de distribution, - each stage is divided, in the longitudinal direction, into at least one exchange zone and at least one distribution zone arranged upstream and / or downstream of the exchange zone, with connection interfaces each arranged between the exchange zone and said distribution zone,
- ladite zone d’échange comprend une pluralité de canaux d’échange délimités par des cloisons qui s’étendent de façon continue entre les deux interfaces de liaison, et - said exchange area comprises a plurality of exchange channels delimited by partitions which extend continuously between the two link interfaces, and
- ladite au moins une zone de distribution comprend une pluralité de canaux distributeurs qui relient chacun une interface d’entrée de fluide et/ou de sortie de fluide disposée sur un bord longitudinal de l’étage avec une interface de liaison de façon à acheminer le premier fluide respectivement vers les canaux d’échange et/ou depuis les canaux d’échange, - Said at least one distribution zone comprises a plurality of distributor channels which each connect a fluid inlet and / or fluid outlet interface arranged on a longitudinal edge of the stage with a connecting interface so as to convey the first fluid respectively to the exchange channels and / or from the exchange channels,
caractérisé en ce que ladite au moins une zone de distribution présente, dans un plan parallèle aux directions longitudinale et latérale, une section de distribution de surface Sdistrib délimitée par une interface de liaison, une interface d’entrée ou de sortie de fluide et un contour externe de forme courbe, characterized in that said at least one distribution zone has, in a plane parallel to the longitudinal and lateral directions, a surface distribution section Sdistrib delimited by a connecting interface, a fluid inlet or outlet interface and a contour curved outer,
chaque canal distributeur étant délimité par au moins une ligne directrice qui s’étend entre l’interface d’entrée et/ou de sortie de fluide et une interface de liaison et qui est une courbe homothétique du contour externe avec un rapport d’homothétie prédéterminé, et each distributor channel being delimited by at least one guideline which extends between the fluid inlet and / or outlet interface and a connecting interface and which is a homothetic curve of the external contour with a predetermined homothety ratio , and
une pluralité de protubérances étant disposées le long de chaque ligne directrice et s’étendant entre la paire de parois adjacentes, lesdites protubérances étant aptes à changer au moins une direction d’écoulement du premier fluide et présentant chacune, en coupe dans un plan parallèle aux directions longitudinale et latérale, un profil hydrodynamique en forme d’aile délimité par un bord d’attaque, ledit bord d’attaque étant agencé de façon à faire face au premier fluide lorsqu’il s’écoule dans la zone de distribution, un bord de fuite agencé en aval du bord d’attaque dans le sens d’écoulement du premier fluide, une première ligne de guidage d’écoulement et une deuxième ligne de guidage d’écoulement reliant mutuellement le bord d’attaque et le bord d’attaque, au moins l’une desdites première et deuxième lignes de guidage étant incurvée en direction du profil externe. a plurality of protuberances being disposed along each guideline and extending between the pair of adjacent walls, said protrusions being adapted to changing at least one direction of flow of the first fluid and each having, in section in a plane parallel to the longitudinal and lateral directions, a wing-shaped hydrodynamic profile delimited by a leading edge, said leading edge being arranged so as to face the first fluid as it flows through the distribution zone, a trailing edge arranged downstream of the leading edge in the direction of flow of the first fluid, a first flow guide line and a second flow guide line interconnecting the leading edge and the leading edge, at least one of said first and second guide lines being curved towards the outer profile.
Selon le cas, l’invention peut comprendre l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : Depending on the case, the invention may include one or more of the following characteristics:
- les parois s’étendent sensiblement parallèlement entre elles et parallèlement à un plan défini par la direction longitudinale et la direction latérale. - The walls extend substantially parallel to each other and parallel to a plane defined by the longitudinal direction and the lateral direction.
- le bord d’attaque et le bord de fuite présente une forme arrondie, de préférence convexe. - the leading edge and the trailing edge have a rounded shape, preferably convex.
- la première ligne de guidage d’écoulement et la deuxième ligne de guidage d’écoulement sont incurvées en direction du profil externe. - the first flow guide line and the second flow guide line are curved towards the outer profile.
- l'une des première et deuxième lignes de guidage est incurvée dans une direction opposée au profil externe. - one of the first and second guide lines is curved in a direction opposite to the outer profile.
- le bord d’attaque et le bord de fuite sont reliés par un segment définissant une longueur maximale du profil hydrodynamique dite longueur de corde, ledit segment reliant une extrémité du bord d’attaque et une extrémité du bord de fuite avec lesdites extrémités situées sur la ligne directrice. the leading edge and the trailing edge are connected by a segment defining a maximum length of the hydrodynamic profile called chord length, said segment connecting one end of the leading edge and one end of the trailing edge with said ends located on the guideline.
- le profil hydrodynamique présente une longueur de corde comprise entre la longueur de la ligne directrice divisée par le nombre de protubérances sur ladite ligne directrice et ladite longueur de la ligne directrice divisée par trois fois ledit nombre de protubérances et une épaisseur maximale comprise entre 5% et 10% de la longueur de corde, l’épaisseur maximale étant définie comme la distance maximale mesurée entre la première ligne de guidage d’écoulement et la deuxième ligne de guidage d’écoulement. - the hydrodynamic profile has a chord length between the length of the guideline divided by the number of protuberances on said guideline and said length of the guideline divided by three times said number of protuberances and a maximum thickness between 5% and 10% of the chord length, the maximum thickness being defined as the maximum distance measured between the first flow guide line and the second flow guide line.
- au moins une protubérance présente une variation d’au moins une dimension choisie parmi sa longueur de corde, son épaisseur maximale, par rapport à une dimension respective d’au moins une autre protubérance 9 de la zone de distribution. - at least one protuberance has a variation of at least one dimension chosen from its chord length, its maximum thickness, for example relative to a respective dimension of at least one other protuberance 9 of the distribution zone.
- les protubérances d’une même ligne directrice présentent des profils hydrodynamiques ayant des longueurs de corde croissantes en direction de l’interface de liaison, et/ou les protubérances présentent des profils hydrodynamiques ayant des épaisseurs maximales décroissantes le long d’au moins une ligne directrice en direction de l’interface de liaison. - the protuberances of the same guideline have hydrodynamic profiles with increasing chord lengths towards the connecting interface, and / or the protrusions have hydrodynamic profiles having maximum thicknesses decreasing along at least one line director in the direction of the link interface.
- les protubérances ont des profils hydrodynamiques du type en « aile d’avion », de préférence du type « NACA », la première ligne de guidage d’écoulement formant une première cambrure dite « extrados » dudit profil et la deuxième ligne de guidage d’écoulement formant une deuxième cambrure dite « intrados » dudit profil et le profil hydrodynamique présentant une cambrure médiane située en tout point de sa longueur à égale distance de l’extrados et de l’intrados, ladite cambrure médiane reliant une extrémité du bord d’attaque et une extrémité du bord de fuite situées sur la ligne directrice. - The protuberances have hydrodynamic profiles of the “airplane wing” type, preferably of the “NACA” type, the first flow guide line forming a first so-called “upper surface” camber of said profile and the second guide line d 'flow forming a second so-called “intrados” camber of said profile and the hydrodynamic profile having a median camber located at any point of its length at an equal distance from the extrados and the intrados, said median camber connecting one end of the edge of attack and one end of the trailing edge located on the guideline.
- les protubérances ont des profils hydrodynamiques du type NACA cambré non symétrique comprenant une première cambrure bombée et une deuxième cambrure creusée, avec la première cambrure bombée orientée vers le contour externe. the protrusions have hydrodynamic profiles of the non-symmetrical arched NACA type comprising a first domed arch and a second hollowed out arch, with the first domed arch oriented towards the external contour.
- la zone de distribution comprend une pluralité de lignes directrices agencées homothétiquement les unes aux autres depuis un centre d’homothétie vers le contour externe, le centre d’homothétie étant situé à l’intersection entre l’interface de liaison et l’interface d’entrée ou de sortie de fluide. - the distribution zone comprises a plurality of guidelines arranged homothetically to each other from a center of homothety towards the external contour, the center of homothety being located at the intersection between the link interface and the interface d fluid inlet or outlet.
- la zone de distribution comprend un nombre M de canaux distributeurs, M étant un entier supérieur à 1 , lesdits canaux présentant, au niveau de l’interface d’entrée ou de sortie de fluide, des premières dimensions sensiblement identiques, et présentant, au niveau de l’interface de liaison, des deuxièmes dimensions sensiblement identiques, lesdites première et deuxième dimensions étant mesurées suivant la direction longitudinale (x) et latérale respectivement, la zone de distribution comprenant une pluralité de lignes directrices référencée chacune par un indice m, m étant un nombre entier allant de 1 à M-1 , chaque ligne directrice étant une courbe homothétique du contour externe avec un rapport d’homothétie km=m/M.the distribution zone comprises a number M of distributor channels, M being an integer greater than 1, said channels having, at the level of the fluid inlet or outlet interface, first substantially identical dimensions, and having, at the level of the fluid inlet or outlet interface, level of the connection interface, of second substantially identical dimensions, said first and second dimensions being measured along the longitudinal (x) and lateral direction respectively, the distribution zone comprising a plurality of guidelines each referenced by an index m, m being a number integer ranging from 1 to M-1, each directing line being a homothetic curve of the external contour with a homothety ratio k m = m / M.
- le contour externe est de forme elliptique ou parabolique. - the external contour is elliptical or parabolic in shape.
- l’interface de liaison présente une première longueur mesurée suivant la direction latérale et l’interface d’entrée ou de sortie de fluide présente une deuxième longueur mesurée suivant la direction longitudinale, l’interface de liaison et l’interface d’entrée ou de sortie de fluide étant dimensionnées suivant un rapport R=Ly/Lx compris entre 2 et 5, la zone d’échange comprenant un nombre N de canaux d’échange et la zone de distribution comprenant un nombre M de canaux distributeurs avec de préférence M=N/R. - the link interface has a first length measured in the lateral direction and the fluid inlet or outlet interface has a second length measured in the longitudinal direction, the link interface and the inlet interface, or of fluid outlet being dimensioned according to a ratio R = L y / L x between 2 and 5, the exchange zone comprising a number N of exchange channels and the distribution zone comprising a number M of distributor channels with preference M = N / R.
- les protubérances totalisant une section globale définie comme la somme des surfaces des sections transversales de chaque protubérance mesurées dans un plan parallèle à la direction longitudinale et parallèle à la direction latérale, avec un rapport S9/SDistrib d’au moins 2%, de préférence inférieur à 30%, de préférence encore compris entre 4 et 20%. - the protuberances totaling an overall section defined as the sum of the areas of the cross sections of each protuberance measured in a plane parallel to the longitudinal direction and parallel to the lateral direction, with a ratio S9 / S Di s t ri b of at least 2%, preferably less than 30%, more preferably between 4 and 20%.
- il est prévu un premier congé de raccordement au niveau d’au moins une jonction entre une protubérance et une paroi et/ou il est prévu un deuxième congé de raccordement au niveau d’au moins une jonction entre une protubérance et une cloison délimitant un canal d’échange, lesdits premier et deuxième congés de raccordement ayant des rayons de courbure compris entre 0,2 mm et la demi-hauteur de l’étage, ladite hauteur étant mesurée suivant une direction d’empilement des parois qui est orthogonale à la direction longitudinale et à la direction latérale. - A first fillet is provided at the level of at least one junction between a protuberance and a wall and / or a second fillet is provided at the level of at least one junction between a protuberance and a partition delimiting a exchange channel, said first and second fillets having radii of curvature between 0.2 mm and the half-height of the floor, said height being measured in a direction of stacking of the walls which is orthogonal to the longitudinal direction and lateral direction.
- qu’au moins les parois, les canaux d’échange, les canaux distributeurs, les protubérances sont formées d’un seul tenant par un procédé de fabrication additive, de préférence un procédé de fusion laser sur lit de poudre métallique. - that at least the walls, the exchange channels, the distribution channels, the protuberances are formed integrally by an additive manufacturing process, preferably a laser melting process on a metal powder bed.
- les protubérances présentant chacune, en coupe dans un plan parallèle à la direction longitudinale et à la direction d’empilement, un front avant et un front arrière inclinés d’un angle par rapport à la direction d’empilement, de préférence un angle compris entre 5 et 40°. the protuberances each having, in section in a plane parallel to the longitudinal direction and to the stacking direction, a front face and a rear face inclined at an angle with respect to the stacking direction, preferably an angle included between 5 and 40 °.
Selon un autre aspect, l’invention concerne un procédé de production de gaz de synthèse mettant en œuvre un échangeur-réacteur selon l’invention. De préférence, il s’agit d’un procédé de reformage d’hydrocarbures pour produire du gaz de synthèse riche en hydrogène. Dans ce cas, on utilise un flux comprenant des hydrocarbures en tant que premier fluide pour alimenter la première série d’étages dont les canaux d’échange sont recouverts d’un catalyseur, formant alors des canaux réactifs. Le premier fluide, comprenant de préférence du méthane et de la vapeur d’eau, réagit avec le catalyseur afin de produire du gaz de synthèse. L’apport de chaleur nécessaire à cette réaction endothermique est obtenu par circulation d’un deuxième fluide caloporteur, tel des fumées de combustions, de l’azote, de l’air ou de l’eau, dans les étages de la deuxième série qui comprennent des canaux caloporteurs en relation d’échange thermique indirect via une paroi avec les canaux réactifs adjacents. De préférence, le deuxième fluide caloporteur entre dans l’échangeur à une température comprise entre 700 et 1 200°C et en sort à une température comprise entre 450 et 700°C. According to another aspect, the invention relates to a process for producing synthesis gas using a heat exchanger-reactor according to the invention. Of preferably, it is a process for reforming hydrocarbons to produce synthesis gas rich in hydrogen. In this case, a stream comprising hydrocarbons is used as the first fluid to feed the first series of stages, the exchange channels of which are covered with a catalyst, then forming reactive channels. The first fluid, preferably comprising methane and water vapor, reacts with the catalyst to produce synthesis gas. The heat input necessary for this endothermic reaction is obtained by circulating a second coolant, such as combustion fumes, nitrogen, air or water, in the stages of the second series which comprise heat transfer channels in indirect heat exchange relationship via a wall with the adjacent reactive channels. Preferably, the second heat transfer fluid enters the exchanger at a temperature between 700 and 1200 ° C and leaves it at a temperature between 450 and 700 ° C.
A noter qu’un « canal » peut être tout type de passage hydraulique adapté à la circulation ou au guidage d’un fluide et pouvant présenter toute forme de section transversale, notamment circulaire ou autre, et être délimité par des parois continues ou discontinues. Note that a "channel" can be any type of hydraulic passage suitable for the circulation or guidance of a fluid and may have any shape of cross section, in particular circular or other, and be delimited by continuous or discontinuous walls.
L’invention va maintenant être mieux décrite grâce aux figures ci-annexées, fournies à titre illustratif et non limitatif, parmi lesquelles : The invention will now be better described thanks to the appended figures, provided by way of illustration and not by way of limitation, among which:
Fig. 1 représente une vue générale d’un échangeur-réacteur selon un mode de réalisation de l’invention. Fig. 1 shows a general view of a heat exchanger-reactor according to one embodiment of the invention.
Fig. 2 représente une superposition de plusieurs types d’étages d’un échangeur-réacteur selon Fig. 1 . Fig. 2 shows a superposition of several types of stages of an exchanger-reactor according to Fig. 1.
Fig. 3 montre un exemple de trois étages d’un échangeur selon Fig. 1 . Fig. 3 shows an example of three stages of an exchanger according to Fig. 1.
Fig. 4 représente un étage d’un échangeur-réacteur ou d’un échangeur selon un mode de réalisation de l’invention. Fig. 4 shows a stage of an exchanger-reactor or of an exchanger according to one embodiment of the invention.
Fig. 5 représente une zone de distribution reliée à une portion de zone d’échange dans un étage d’un échangeur-réacteur ou d’un échangeur selon un mode de réalisation de l’invention. Fig. 5 shows a distribution zone connected to a portion of an exchange zone in a stage of a heat exchanger-reactor or of an exchanger according to one embodiment of the invention.
Fig. 6 est une vue agrandie de Fig. 5. Fig. 6 is an enlarged view of FIG. 5.
Fig. 7 montre une protubérance selon un mode de réalisation de l’invention. Fig. 7 shows a protuberance according to one embodiment of the invention.
Fig. 8 montre des protubérances selon un mode de réalisation de l’invention.Fig. 8 shows protrusions according to one embodiment of the invention.
Fig. 9 montre des protubérances selon un mode de réalisation de l’invention.Fig. 9 shows protrusions according to one embodiment of the invention.
Fig. 10 montre des protubérances selon un mode de réalisation de l’invention. Fig. 1 est une vue tridimensionnelle d’un échangeur-réacteur selon un mode de réalisation de l’invention pouvant servir à la mise en oeuvre d’un procédé de production d’hydrogène par vaporeformage. Un premier fluide F1 , par exemple un mélange de méthane et de vapeur d’eau, entre dans l’échangeur par un connecteur d'entrée 2 et en ressort par un collecteur de sortie 6. Ces collecteurs (ou têtes) sont généralement munis de connecteurs d'entrée et de sortie 1 et 7 assurant les liaisons fluidiques avec les autres équipements de l’installation de production. Fig. 10 shows protuberances according to one embodiment of the invention. Fig. 1 is a three-dimensional view of a heat exchanger-reactor according to an embodiment of the invention which can be used for the implementation of a process for producing hydrogen by steam reforming. A first fluid F1, for example a mixture of methane and water vapor, enters the exchanger via an inlet connector 2 and leaves it via an outlet manifold 6. These collectors (or heads) are generally provided with inlet and outlet connectors 1 and 7 ensuring the fluidic links with the other equipment of the production installation.
L’échangeur présente trois dimensions : longueur, mesurée suivant la direction longitudinale x, largeur, mesurée suivant la direction latérale y, et hauteur, mesurée suivant la direction d’empilement z des parois 12 de l’échangeur (non visibles sur Fig. 1 ). L’échangeur comprend au moins une première série d’étages 10 et une deuxième série d’étages 1 1 superposés les uns aux autres suivant la direction d’empilement z. De préférence, les étages s’étendent sensiblement parallèlement entre eux et à un plan défini par les directions x et y. Chaque étage est délimité entre deux parois 12 adjacentes, une paire de bords latéraux disposés parallèlement la direction latérale y et une paire de bords longitudinaux disposés parallèlement la direction longitudinale x. De préférence, les parois 12 s’étendent globalement parallèlement entre elles et parallèlement à la direction longitudinale x et à la direction latérale y, lesdites directions longitudinale et latérales étant orthogonales entre elles. The exchanger has three dimensions: length, measured in the longitudinal direction x, width, measured in the lateral direction y, and height, measured in the stacking direction z of the walls 12 of the exchanger (not visible in FIG. 1). ). The exchanger comprises at least a first series of stages 10 and a second series of stages 1 1 superimposed on each other in the stacking direction z. Preferably, the floors extend substantially parallel to each other and to a plane defined by the x and y directions. Each stage is delimited between two adjacent walls 12, a pair of side edges arranged parallel to the lateral direction y and a pair of longitudinal edges arranged parallel to the longitudinal direction x. Preferably, the walls 12 extend generally parallel to each other and parallel to the longitudinal direction x and to the lateral direction y, said longitudinal and lateral directions being orthogonal to each other.
Notons que plusieurs échangeurs ou échangeurs-réacteurs d’un seul tenant peuvent être soudés entre eux afin d’obtenir un échangeur ou échangeur-réacteur de taille plus importante. Note that several exchangers or exchanger-reactors in one piece can be welded together in order to obtain a larger exchanger or exchanger-reactor.
Les collecteurs 6, 7 sont configurés de façon à évacuer l’ensemble des étages 10 de la première série en premier fluide F1 et à récupérer ledit premier fluide F1 de ces étages. Les collecteurs 2, 6 peuvent être soudés sur le corps parallélépipédique de l'échangeur ou de l'échangeur-réacteur ou alors, de façon avantageuse, être directement fabriquées avec le corps de l'échangeur pour obtenir une pièce sans interface d’assemblage, de préférence par un procédé de fabrication additive. The collectors 6, 7 are configured so as to evacuate all of the stages 10 of the first series in the first fluid F1 and to recover said first fluid F1 from these stages. The manifolds 2, 6 can be welded to the parallelepipedal body of the heat exchanger or of the heat exchanger-reactor or else, advantageously, be directly manufactured with the body of the heat exchanger to obtain a part without an assembly interface, preferably by an additive manufacturing process.
Un deuxième fluide F2 circule dans les étages 1 1 de la deuxième série. L’écoulement des premier et deuxième fluides a lieu globalement parallèlement à la direction d’écoulement x, de préférence le premier et le deuxième fluides s’écoulent à contre-courant. A second fluid F2 circulates in stages 1 1 of the second series. The flow of the first and second fluids occurs generally parallel to the x flow direction, preferably the first and second fluids flow countercurrently.
Le deuxième fluide F2 est typiquement un fluide caloporteur. Il permet, dans le cas d’un procédé de reformage d’hydrocarbures tel le vaporeformage du méthane, de fournir l’apport de chaleur nécessaire à la réaction chimique qui se produit dans les étages 10 de la première série où circule le premier fluide réactif F1. The second fluid F2 is typically a heat transfer fluid. It allows, in the case of a hydrocarbon reforming process such as methane steam reforming, to provide the heat input necessary for the chemical reaction which takes place in the stages 10 of the first series in which the first reactive fluid F1 circulates.
En outre, l’échangeur-réacteur selon l’invention peut comprendre une troisième série d’étages 15 intercalés entre les étages 10, 1 1 des première et deuxième séries. Ces étages 15 peuvent être destinés notamment à la circulation d’un troisième fluide F3 qui est formé de préférence par le produit de la réaction chimique mise en oeuvre dans les étages 10, de préférence du gaz de synthèse riche en hydrogène. De préférence, l’échangeur réacteur comprend des moyens de liaisons fluidique reliant au moins un étage 10 de la première série avec un étage 15 de la troisième série. In addition, the exchanger-reactor according to the invention may include a third series of stages 15 interposed between stages 10, 1 1 of the first and second series. These stages 15 may be intended in particular for the circulation of a third fluid F3 which is preferably formed by the product of the chemical reaction carried out in stages 10, preferably synthesis gas rich in hydrogen. Preferably, the reactor exchanger comprises fluidic connection means connecting at least one stage 10 of the first series with a stage 15 of the third series.
Les étages 10, 1 1 des première et deuxième séries peuvent être positionnés en alternance mais pas nécessairement, étant entendu qu’au moins une partie des étages 1 1 sont adjacents à un étage 10. The stages 10, 11 of the first and second series can be positioned alternately but not necessarily, it being understood that at least part of the stages 11 are adjacent to a stage 10.
Fig.2 montre un exemple d’agencement possible de différents types d’étages 10, 1 1 , 15 d’un échangeur-réacteur selon Fig.1 . Un tel ordre d’agencement d’étages peut être utilisé pour récupérer la chaleur des produits. Cet enchaînement d’étages peut être reproduit une ou plusieurs fois suivant la direction z. Fig.2 shows an example of a possible arrangement of different types of stages 10, 1 1, 15 of an exchanger-reactor according to Fig.1. Such an order of arrangement of floors can be used to recover heat from products. This sequence of stages can be reproduced one or more times in the z direction.
Fig. 4 représente un étage 10 de la première série selon un mode de réalisation de l’invention. Cet étage est délimité par deux parois 12, deux bords longitudinaux 10a et deux bords latéraux 10b Fig. 4 shows a stage 10 of the first series according to one embodiment of the invention. This stage is delimited by two walls 12, two longitudinal edges 10a and two lateral edges 10b
Le premier fluide F1 entre dans le corps de l'échangeur ou de l’échangeur- réacteur par le collecteur d'entrée 2 puis traverse une zone de distribution (d’entrée) 3 agencée en amont d’une zone d’échange 4 et permettant d'assurer une répartition homogène du fluide sur une pluralité de canaux d’échange 41 disposés dans la largeur de la zone d'échange 4, afin de garantir les bonnes performances de l'équipement. The first fluid F1 enters the body of the exchanger or the exchanger-reactor through the inlet manifold 2 then passes through a distribution (inlet) zone 3 arranged upstream of an exchange zone 4 and making it possible to ensure a homogeneous distribution of the fluid over a plurality of exchange channels 41 arranged across the width of the exchange zone 4, in order to guarantee the good performance of the equipment.
De préférence, les canaux d’échange 41 sont délimités par des cloisons 46 rectilignes (voir Fig. 6) qui s’étendent parallèlement à la direction longitudinale x. De préférence, lesdites cloisons 46 s’étendent entre deux parois 12 adjacente sur toute la hauteur h d’un étage, de sorte à être en contact, voire fusionner avec lesdites parois, ladite hauteur étant mesurée parallèlement à la direction d’empilement z (voir Fig. 2). Preferably, the exchange channels 41 are delimited by rectilinear partitions 46 (see Fig. 6) which extend parallel to the longitudinal direction x. Preferably, said partitions 46 extend between two adjacent walls 12 over the entire height h of a floor, so as to be in contact with, or even merge with, said walls, said height being measured parallel to the stacking direction z ( see Fig. 2).
Le fluide traverse la zone d'échange 4 et est collecté dans une zone de distribution (de sortie) 5 agencée en aval de ladite zone d’échange 4. La zone de distribution de sortie 5 fonctionne de pair avec la zone de distribution d’entrée 3 et est conçue assurer une récupération homogène du fluide depuis les canaux d’échange 41 de la zone d'échange 4. Le fluide quitte le corps de l'échangeur ou de l'échangeur- réacteur par une tête de sortie 6 par le connecteur de sortie 7. The fluid passes through the exchange zone 4 and is collected in a distribution (output) zone 5 arranged downstream of said exchange zone 4. The output distribution zone 5 operates in conjunction with the distribution zone of inlet 3 and is designed to ensure homogeneous recovery of the fluid from the exchange channels 41 of the exchange zone 4. The fluid leaves the body of the exchanger or of the exchanger-reactor via an outlet head 6 via the outlet connector 7.
La zone de distribution 3 située à l’entrée de l’échangeur est délimitée notamment par une interface d’entrée 33 et une interface de liaison 43 entre la zone de distribution 3 et la zone d’échange 4. L’interface de liaison 43 marque typiquement la fin des canaux distributeurs 31 et le début des canaux d’échange 41 . The distribution zone 3 located at the entrance to the exchanger is delimited in particular by an input interface 33 and a connection interface 43 between the distribution zone 3 and the exchange zone 4. The connection interface 43 typically marks the end of the distribution channels 31 and the start of the exchange channels 41.
La zone de distribution 5 située à la sortie de l’échangeur est délimitée notamment par une interface de sortie 55 et une interface de liaison 45 entre la zone de distribution 5 et la zone d’échange 4. L’interface de liaison 45 marque typiquement la fin des canaux d’échange 41 et le début des canaux distributeurs 51. The distribution zone 5 located at the outlet of the exchanger is delimited in particular by an output interface 55 and a connection interface 45 between the distribution zone 5 and the exchange zone 4. The connection interface 45 typically marks the end of the exchange channels 41 and the start of the distribution channels 51.
De préférence, les interfaces d’entrée 33 et de sortie 55 présentent une forme rectiligne alignée avec un bord longitudinal 10a. Preferably, the input 33 and output 55 interfaces have a rectilinear shape aligned with a longitudinal edge 10a.
De préférence, les interfaces de liaison 43, 45 présentent une forme rectiligne et s’étendent parallèlement à un bord latéral 10b. Preferably, the connecting interfaces 43, 45 have a rectilinear shape and extend parallel to a side edge 10b.
Fig. 3 est une vue éclatée partielle de trois types d’étages 10, 1 1 , 15 destinés à être superposés dans un échangeur-réacteur selon Fig. 1 . De préférence, chaque étage 15 de la troisième série est aussi divisé, suivant la direction longitudinale x, en une zone de circulation comprenant des canaux de circulation 151 , de préférence rectilignes, et au moins une zone de distribution comprenant des canaux distributeurs 155. De préférence, chaque étage 1 1 de la deuxième série comprend également des canaux de circulation 1 1 1 rectilignes qui s’étendent parallèlement à la direction longitudinale x. Fig. 3 is a partial exploded view of three types of stages 10, 1 1, 15 intended to be superimposed in a heat exchanger-reactor according to FIG. 1. Preferably, each stage 15 of the third series is also divided, along the longitudinal x direction, into a circulation zone comprising circulation channels 151, preferably rectilinear, and at least one distribution zone comprising distribution channels 155. De preferably, each stage 1 1 of the second series also comprises circulation channels 1 1 1 rectilinear which extend parallel to the longitudinal direction x.
Notons que la présente invention est relative aux zones de distribution d’entrée et/ou de sortie de l’échangeur et s'applique de la même manière pour ces deux types de zones. Note that the present invention relates to the inlet and / or outlet distribution zones of the exchanger and applies in the same way for these two types of zones.
En outre, l’échangeur selon l’invention pourra comprendre une troisième série d’étages 15 selon l’invention et donc comprendre au moins une zone de distribution configurée selon les mêmes principes qu’une zone de distribution d’un étage 10 de la première série. L’ensemble des caractéristiques possibles de l’invention détaillées ci- après sont donc applicables mais ne seront pas reprises en détail par souci de concision. In addition, the exchanger according to the invention may comprise a third series of stages 15 according to the invention and therefore comprise at least one distribution zone configured according to the same principles as a distribution zone of a stage 10 of the first series. All of the possible characteristics of the invention detailed below are therefore applicable but will not be repeated in detail for the sake of brevity.
Fig. 5, Fig. 6 et Fig. 7 illustrent en détail les caractéristiques d’une zone de distribution 3 selon l’invention, qui est une zone d’entrée dans l’exemple illustré. Fig. 6 est une vue plus détaillée de Fig. 5. La zone 3 présente une section de distribution de surface Sdistrib délimitée entre l’interface de liaison 43 avec la zone d’échange 4, l’interface d’entrée 33 et un contour externe D de forme arquée, qui s’étend dans un plan parallèle aux directions longitudinale x et latérale y et relie les interfaces 43 et 33. C’est dans cette section de la zone de distribution que sont réalisés les canaux distributeurs 31. Fig. 5, Fig. 6 and Fig. 7 illustrate in detail the characteristics of a distribution zone 3 according to the invention, which is an entrance zone in the example illustrated. Fig. 6 is a more detailed view of FIG. 5. Zone 3 has a surface distribution section Sdistrib delimited between the connection interface 43 with the exchange zone 4, the input interface 33 and an external contour D of arcuate shape, which extends in a plane parallel to the longitudinal x and lateral y directions and connects the interfaces 43 and 33. It is in this section of the distribution zone that the distribution channels 31 are made.
L’interface d’entrée 33 a une première longueur Lx mesurée suivant la direction longitudinale x, et l’interface de liaison 43 a une deuxième longueur Ly mesurée suivant la direction latérale y. Comme on souhaite limiter l’étendue longitudinale de la zone de distribution, pour les raisons déjà évoquées, la première longueur Ly est de préférence supérieure à la deuxième longueur, de préférence dans un rapport R compris entre 2 et 5. Du fait du virage que doit effectuer le premier fluide lorsqu’il s’écoule vers ou depuis la zone d’échange, il devient critique de contrôler la distribution du fluide pour que celui-ci alimente de façon homogène la zone d’échange 4 sur toute sa largeur, tout en assurant une tenue mécanique suffisante. C’est ce que vise à améliorer la présente invention. The input interface 33 has a first length L x measured along the longitudinal direction x, and the link interface 43 has a second length L y measured along the lateral direction y. As it is desired to limit the longitudinal extent of the distribution zone, for the reasons already mentioned, the first length L is preferably greater than the second length y , preferably in a ratio R of between 2 and 5. Due to the bend. that the first fluid must perform when it flows to or from the exchange zone, it becomes critical to control the distribution of the fluid so that it supplies the exchange zone 4 uniformly over its entire width, while ensuring sufficient mechanical strength. This is what the present invention aims to improve.
Chaque canal distributeur 31 est délimité par au moins une ligne directrice dm. Par exemple, les canaux 31 situé aux extrêmes de la zone de distribution 3 sont délimités soit entre le contour D et une ligne directrice, soit entre une ligne directrice, l’interface 43 et l’interface 33. Les autres canaux 31 sont délimités par deux lignes directrices adjacentes. Each distributor channel 31 is delimited by at least one guideline d m . For example, the channels 31 located at the ends of the distribution zone 3 are delimited either between the contour D and a guideline, or between a guideline, the interface 43 and the interface 33. The other channels 31 are delimited by two adjacent guidelines.
Selon l’invention, chaque ligne directrice dm est une courbe homothétique du contour externe D avec un rapport d’homothétie km prédéterminé. Une pluralité de protubérances 9 sont disposées le long de chaque ligne directrice dm et s’étendent entre la paire de parois adjacentes 12 formant l’étage 10 considéré, sur toute la hauteur de l’étage 10. Les protubérances 9 forment des entités distinctes espacées les unes des autres. According to the invention, each guideline d m is a homothetic curve of the external contour D with a predetermined homothety ratio k m . A plurality of protuberances 9 are arranged along each directing line d m and extend between the pair of adjacent walls 12 forming the stage 10 considered, over the entire height of the stage 10. The protrusions 9 form distinct entities spaced from each other.
Comme illustré sur Fig. 7, chaque protubérance 9 présente, en coupe dans un plan parallèle aux directions x et y, un profil hydrodynamique délimité par un bord d’attaque 92 de forme arrondie, de préférence convexe, un bord de fuite 97, une première ligne de guidage d’écoulement 96 et une deuxième ligne de guidage d’écoulement 99, lesdites lignes reliant les bords d’attaque et de fuite. As shown in Fig. 7, each protuberance 9 has, in section in a plane parallel to the x and y directions, a hydrodynamic profile delimited by a leading edge 92 of rounded shape, preferably convex, a trailing edge 97, a first guide line d flow 96 and a second flow guide line 99, said lines connecting the leading and trailing edges.
Par « bord d’attaque », on entend une portion du profil située à une extrémité amont, en suivant l’écoulement du fluide, dudit profil et qui est agencée de façon à faire face au premier fluide F1 lorsqu’il s’écoule dans la zone de distribution considérée. By "leading edge" is meant a portion of the profile located at an upstream end, following the flow of the fluid, of said profile and which is arranged so as to face the first fluid F1 when it flows in the distribution zone considered.
Par « bord de fuite », on entend une portion située à une extrémité aval du profil, en suivant le sens d’écoulement du premier fluide F1 , c’est-à-dire la portion arrière du profil dans le sens d’écoulement. By "trailing edge" is meant a portion located at a downstream end of the profile, following the direction of flow of the first fluid F1, that is to say the rear portion of the profile in the direction of flow.
La disposition de protubérances dans la zone de distribution selon l’invention permet d’assurer un guidage efficace du fluide depuis et vers la zone d’échange tout en consolidant la zone de distribution grâce à un support efficace des parois 12. La répartition des protubérances le long de courbes agencées homothétiquement les unes aux autres permet une répartition homogène des protubérances et donc une bonne tenue mécanique. Les contraintes mécaniques sont distribuées sur toute la surface Sdistrib de la zone de distribution. The arrangement of protuberances in the distribution zone according to the invention makes it possible to ensure efficient guidance of the fluid from and to the exchange zone while consolidating the distribution zone thanks to an efficient support of the walls 12. The distribution of the protuberances along curves arranged homothetically to each other allows a homogeneous distribution of the protuberances and therefore good mechanical strength. The mechanical stresses are distributed over the entire Sdistrib surface of the distribution zone.
L’utilisation de profils hydrodynamiques avec au moins une ligne de guidage incurvée permet d’orienter de façon appropriée l’écoulement du premier fluide et de réduire les perturbations que pourraient générer les protubérances 9. The use of hydrodynamic profiles with at least one curved guide line makes it possible to properly orient the flow of the first fluid and to reduce the disturbances that the protrusions could generate 9.
Avantageusement, la première ligne de guide 96 et la deuxième ligne de guidage 99 sont incurvées en direction du profil externe D, comme dans l’exemple de Fig. 7. Cela permet d’orienter le bord d’attaque avec l’écoulement du fluide incident et de diriger le fluide vers direction souhaitée avec un changement de direction progressif afin de limiter les pertes de charge. Advantageously, the first guide line 96 and the second guide line 99 are curved in the direction of the outer profile D, as in the example of FIG. 7. This makes it possible to orient the leading edge with the flow of the incident fluid and to direct the fluid in the desired direction with a gradual change of direction in order to limit the pressure losses.
De préférence, le bord de fuite 97 présente également une forme arrondie, de préférence convexe. Le fait d’avoir des profils hydrodynamiques dépourvus d’arêtes vives permet d’optimiser l’écoulement dans la zone de distribution tout en limitant l’impact sur la résistance mécanique de cette dernière. Preferably, the trailing edge 97 also has a rounded shape, preferably convex. Having hydrodynamic profiles devoid of sharp edges optimizes the flow in the distribution area while limiting the impact on the mechanical resistance of the latter.
De préférence, le bord d’attaque 92 comprend un point d’extrémité 92a au niveau duquel l’écoulement est divisé en deux portions, chacune passant d’un côté du profil. Ce point d’extrémité 92a peut être un point du profil où le fluide impacte en premier la protubérance. Preferably, the leading edge 92 includes an end point 92a at which the flow is divided into two portions, each passing through one side of the profile. This end point 92a may be a point on the profile where the fluid first impacts the protuberance.
Selon un mode de réalisation (voir Fig. 7), le bord d’attaque 92 et le bord de fuite 97 comprennent des extrémités 92a, 97a reliées par un segment C définissant une longueur maximale du profil hydrodynamique dite longueur de corde Lc. Les extrémités 92a, 97a sont situées sur la ligne directrice dm considérée. According to one embodiment (see FIG. 7), the leading edge 92 and the trailing edge 97 comprise ends 92a, 97a connected by a segment C defining a maximum length of the hydrodynamic profile called the chord length L c . The ends 92a, 97a are located on the guideline d m considered.
Une autre dimension caractéristique des profils de protubérances 9 peut être l’épaisseur maximale e du profil, illustrée sur Fig. 7 et définie comme la distance maximale mesurée entre la première ligne de guidage d’écoulement 96 et la deuxième ligne de guidage d’écoulement 99. Another characteristic dimension of the protuberance profiles 9 may be the maximum thickness e of the profile, illustrated in FIG. 7 and defined as the distance maximum measured between the first flow guide line 96 and the second flow guide line 99.
De préférence, les protubérances 9 présentent chacune des longueurs de corde Lc comprises entre 1 et 20 mm et/ou des épaisseurs maximales e inférieures ou égales à Le. Preferably, the protuberances 9 each have chord lengths L c of between 1 and 20 mm and / or maximum thicknesses e less than or equal to Le.
Les protubérances 9 peuvent présenter des longueurs de corde Lc et/ou des épaisseurs maximales e identiques. The protuberances 9 can have identical chord lengths L c and / or maximum thicknesses e.
Selon une variante, au moins une protubérance 9 présente une variation d’au moins une dimension choisie parmi sa longueur de corde Lc, son épaisseur maximale e, par rapport à une dimension respective d’au moins une autre protubérance 9 de la zone de distribution 3, 5. Cela offre un degré de liberté supplémentaire pour ajuster au mieux les caractéristiques d’écoulement du premier fluide F1 selon la position de la ligne directrice dm dans la zone de distribution et/ou selon le point d’avancée du premier fluide F1 le long d’une ligne directrice dm. According to a variant, at least one protuberance 9 has a variation of at least one dimension chosen from its chord length L c , its maximum thickness e, with respect to a respective dimension of at least one other protuberance 9 of the zone of distribution 3, 5. This offers an additional degree of freedom to best adjust the flow characteristics of the first fluid F1 according to the position of the guideline d m in the distribution zone and / or according to the point of advance of the first fluid F1 along a direct line d m .
En particulier, les protubérances 9 d’une même ligne directrice dm peuvent présenter des profils hydrodynamiques ayant des longueurs de corde Lc croissantes le long d’au moins une ligne directrice dm , et ce depuis l’interface 33 vers l’interface de liaison 43 dans la cas d’une zone de distribution d’entrée 3 ou depuis l’interface de sortie 55 vers l’interface de liaison 45 dans la cas d’une zone de distribution de sortie. Cette évolution permet de s’assurer d’une bonne homogénéité de la distance inter protubérances et de la quantité de matière dans la zone de distribution. In particular, the protuberances 9 of the same guideline d m may have hydrodynamic profiles having chord lengths L c increasing along at least one guideline d m , and this from the interface 33 towards the interface link 43 in the case of an input distribution zone 3 or from the output interface 55 to the link interface 45 in the case of an output distribution zone. This change makes it possible to ensure good homogeneity of the distance between protuberances and of the quantity of material in the distribution zone.
De façon alternative ou complémentaire, les protubérances 9 d’une même ligne directrice dm peuvent présenter des épaisseurs maximales e qui diminuent en direction des interfaces de liaison 43, 45. Alternatively or in a complementary manner, the protuberances 9 of the same guideline d m may have maximum thicknesses e which decrease in the direction of the connection interfaces 43, 45.
Cette évolution des épaisseurs et des longueurs des protubérances 9 permet de s’adapter au mieux à la forme de la zone de distribution considérée. This change in the thicknesses and lengths of the protuberances 9 makes it possible to best adapt to the shape of the distribution zone considered.
Ces modes de réalisation peuvent être mis en œuvre sur une ou plusieurs lignes directrices. These embodiments can be implemented on one or more guidelines.
Selon un mode de réalisation avantageux, les protubérances 9 ont des profils hydrodynamiques en « aile d’avion » du type « NACA ». L’utilisation de profils NACA dans une zone de distribution selon l’invention offre les avantages de limiter la perte de charge afin d’assurer une bonne distribution tout en assurant une tenue mécanique suffisante pour résister aux conditions d’utilisation. Dans un profil hydrodynamique du type NACA, la première ligne de guidage d’écoulement 96 formant une première cambrure dite « extrados » du profil et la deuxième ligne de guidage d’écoulement 99 forme une deuxième cambrure dite « intrados ». According to an advantageous embodiment, the protuberances 9 have “airplane wing” hydrodynamic profiles of the “NACA” type. The use of NACA profiles in a distribution zone according to the invention offers the advantages of limiting the pressure drop in order to ensure good distribution while ensuring sufficient mechanical strength to withstand the conditions of use. In a hydrodynamic profile of the NACA type, the first flow guide line 96 forming a first so-called “upper surface” camber of the profile and the second flow guide line 99 forms a second so-called “lower surface” camber.
Le profil hydrodynamique présentant une cambrure médiane 98 située en tout point de sa longueur à égale distance de l’extrados 96 et de l’intrados 99, ladite cambrure médiane 98 reliant une extrémité 92a du bord d’attaque 92 et une extrémité du bord de fuite 97 situées sur la ligne directrice dm ou ayant au moins ses extrémités 92a et 97a superposés à la ligne directrice. The hydrodynamic profile having a median camber 98 located at any point of its length at an equal distance from the upper surface 96 and the lower surface 99, said median arch 98 connecting one end 92a of the leading edge 92 and one end of the leading edge. leak 97 located on the guideline dm or having at least its ends 92a and 97a superimposed on the guideline.
De préférence, les protubérances 9 ont des profils hydrodynamiques du type NACA cambré non symétrique avec une première cambrure 96 incurvée en direction du contour externe D et une deuxième cambrure incurvée en direction du contour externe D. Cela permet de guider l’écoulement entre l’entrée et la sortie de la zone de distribution de manière progressive en limitant les pertes de charge. Les première et deuxième cambrures ne présentent pas nécessairement le même degré de cambrure. Preferably, the protrusions 9 have hydrodynamic profiles of the non-symmetrical arched NACA type with a first arch 96 curved towards the outer contour D and a second arch curved towards the outer contour D. This makes it possible to guide the flow between the gradual entry and exit of the distribution area by limiting pressure drops. The first and second camber do not necessarily have the same degree of camber.
Etant précisé que le profil est de préférence un profil NACA dépourvu d’arête vive, avec un bord de fuite 97 de forme arrondie. It being specified that the profile is preferably a NACA profile without a sharp edge, with a trailing edge 97 of rounded shape.
Fig. 7 montre un exemple d’une protubérance 9 de profil NACA agencée dans une zone de distribution 5 de sortie. Selon cet exemple, on peut définir la cambrure médiane 98 par rapport à une ligne directrice dm de forme elliptique ou parabolique séparant deux canaux de distribution de la zone de distribution. On effectue un changement de repère, pour passer dans le repère associé à l’abscisse curviligne (s) associée à la courbe dm entre le bord d’attaque 92 d’abscisse curviligne so et le bord de fuite 97 d’abscisse s^ . Fig. 7 shows an example of a protuberance 9 of NACA profile arranged in an outlet distribution zone 5. According to this example, the median camber 98 can be defined with respect to a guideline d m of elliptical or parabolic shape separating two distribution channels from the distribution zone. A change of reference is made, to pass into the reference associated with the curvilinear abscissa (s) associated with the curve d m between the leading edge 92 of the curvilinear abscissa so and the trailing edge 97 of abscissa s ^ .
On définit la demi-épaisseur yt du profil par l’équation : We define the half-thickness y t of the profile by the equation:
yt = 5 * e\ 0.2969 - Q.1260x - 0.3516 x2 + 0.2843 x3 - 0.1015 x4] y t = 5 * e \ 0.2969 - Q.1260x - 0.3516 x 2 + 0.2843 x 3 - 0.1015 x 4 ]
- x est la position normalisée comprise entre 0 et 1 sur une ligne reliant le bord d’attaque et le bord de fuite, - x is the normalized position between 0 and 1 on a line connecting the leading edge and the trailing edge,
- e est l’épaisseur maximale du profil NACA le long de la corde. - e is the maximum thickness of the NACA profile along the chord.
La cambrure médiane Yc du profil NACA peut être calculée avec l’équation : ou : The median camber Y c of the NACA profile can be calculated with the equation: or :
x est la position normalisée comprise entre 0 et 1 sur une ligne reliant le bord d’attaque et le bord de fuite. x is the normalized position between 0 and 1 on a line connecting the leading edge and the trailing edge.
K1 , K2 et K3 des paramètres numériques ajustables selon le profil de cambrure désiré. K1, K2 and K3 digital parameters adjustable according to the desired camber profile.
cm la cambrure maximale. cm the maximum arch.
Pour la forme de l'extrados et de l'intrados, l'épaisseur doit être appliquée perpendiculairement à la ligne de cambrure, les coordonnées (xu,yu) et (XL,YL) peuvent être calculées avec les équations suivantes : acp— x— jft siii Q U ^ ÿc + Vt COS 0 For the shape of the upper and lower surfaces, the thickness should be applied perpendicular to the camber line, the coordinates (x u , yu) and (XL, YL) can be calculated with the following equations: acp— x— jft siii QU ^ ÿc + Vt COS 0
xi x + ¾ sintf VL - Ve - Vt eosi xi x + ¾ sintf VL - Ve - Vt eosi
ou : or :
Figure imgf000017_0001
Figure imgf000017_0001
Selon un mode de réalisation, la zone de distribution 3, 5 comprend une pluralité de lignes directrices dm, dm+i, dm+2... agencées homothétiquement les unes aux autres depuis un centre d’homothétie O vers le contour externe D, le centre d’homothétie O étant situé à l’intersection entre l’interface de liaison 43, 45 et l’interface d’entrée ou de sortie de fluide 33, 55. Une telle zone est schématisée sur Fig. 6. According to one embodiment, the distribution zone 3, 5 comprises a plurality of guidelines d m , d m + i , d m + 2 ... arranged homothetically to each other from a center of homothety O towards the external contour D, the center of homothety O being located at the intersection between the connection interface 43, 45 and the fluid inlet or outlet interface 33, 55. Such a zone is shown schematically in FIG. 6.
Dans le cas où la zone de distribution 3, 5 comprend un nombre M de canaux distributeurs 31 , 51 , M étant un entier supérieur à 1 , lesdits canaux présentent, au niveau de l’interface d’entrée ou de sortie de fluide 33, 55, des premières dimensions de préférence sensiblement identiques, et présentent, au niveau de l’interface de liaison 43, 45, des deuxièmes dimensions de préférence sensiblement identiques, lesdites première et deuxième dimensions étant mesurées suivant la direction longitudinale x et latérale y respectivement. In the case where the distribution zone 3, 5 comprises a number M of distributor channels 31, 51, M being an integer greater than 1, said channels have, at the level of the fluid inlet or outlet interface 33, 55, first dimensions which are preferably substantially identical, and have, at the level of the connection interface 43, 45, second dimensions which are preferably substantially identical, said first and second dimensions being measured in the longitudinal x and lateral y direction respectively.
Avantageusement, la zone de distribution 3, 5 comprend une pluralité de lignes directrices dm, dm+i, dm+2... référencée chacune par un indice m, avec m un nombre entier allant de 1 à M-1 , chaque ligne directrice dm, dm+i, dm+2 étant une courbe homothétique du contour externe D avec un rapport d’homothétie km=m/M. Advantageously, the distribution zone 3, 5 comprises a plurality of guidelines d m , d m + i , d m + 2 ... each referenced by an index m, with m an integer ranging from 1 to M-1, each directing line d m , d m + i , d m +2 being a homothetic curve of the external contour D with a homothety ratio k m = m / M.
De préférence, le contour externe D définit un arc de courbe, de préférence un arc d’ellipse ou de parabole. Dans un repère d’abscisse X, d’ordonnée Y et d’origine (0 ;0 ;0) située à l’intersection entre l’interface d’entrée ou de sortie 33, 55 et la zone de liaison 43, 45 (voir Fig. 5), le contour externe D peut être défini par une portion de courbe elliptique ou parabolique. Le contour externe peut être définis respectivement par les équations : Preferably, the outer contour D defines an arc of a curve, preferably an arc of an ellipse or a parabola. In a coordinate system X, Y ordinate and origin (0; 0; 0) located at the intersection between the input or output interface 33, 55 and the link area 43, 45 ( see Fig. 5), the external contour D can be defined by a portion of an elliptical or parabolic curve. The outer contour can be defined respectively by the equations:
Z7 + ¾- = 1> et
Figure imgf000018_0001
Z7 + ¾- = 1 > and
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Ce sont donc des fonctions de la forme Y= f(X, Lx, Ly), avec Lx la première longueur de l’interface d’entrée ou de sortie et Ly la deuxième longueur de l’interface de liaison. They are therefore functions of the form Y = f (X, L x , L y ), with L x the first length of the input or output interface and L y the second length of the link interface.
Prenons une zone de distribution 3, 5 avec un nombre M de canaux distributeurs 31 , 51 , les canaux étant définis par M-1 lignes directrices. Chaque ligne directrice est une courbe définie par une fonction Ym=f(X, Lxm, Lym), avec Lxm =Lx *m/M et Lym=Ly *m/M. Let us take a distribution area 3, 5 with a number M of distribution channels 31, 51, the channels being defined by M-1 guidelines. Each guideline is a curve defined by a function Y m = f (X, L xm , L ym ), with L xm = L x * m / M and L ym = L y * m / M.
En identifiant les canaux 31 j, 31 ,+i , 31 ,+2 ... (voir Fig. 7) par un indice i, avec i un nombre entier allant de 1 à M, le canal d’indice i est défini entre les deux lignes directrices définies par la fonction ci-dessus avec m=i-1 et m=i. By identifying the channels 31 j, 31, + i, 31, + 2 ... (see Fig. 7) by an index i, with i an integer ranging from 1 to M, the channel of index i is defined between the two guidelines defined by the above function with m = i-1 and m = i.
Ainsi, pour une zone à 10 canaux et 9 lignes directrices, le 5ème canal en partant du centre d’homothétie O est défini entre les lignes définies par les fonctions Y4=f(X, LX4, Ly4) et Y5=f(X, LX5, Lys), avec LX4 =LX *4/10 et Ly4=Ly *4/10 et LX5=LX *5/10 et Ly5=Ly *5/10. Selon un mode de réalisation, on ajuste la distance entre deux protubérances afin d’assurer la bonne tenue mécanique et d’envisager des étapes de parachèvement (telles que le dépôt d’un revêtement protecteur contre la corrosion, le dépôt d’un catalyseur, ... ), de la paroi séparant deux étages successifs. Cette distance pourra correspondre à la largeur d’un canal d’échange, mesurée suivant la direction latérale y. Le fait d’avoir la distance entre protubérance et ses protubérances voisines supérieure ou égale au diamètre des canaux de la zone d’échange permet de s'assurer que la zone de distribution ne soit pas le point faible pour l’écoulement de tout fluide utilisé dans le cadre d’un parachèvement. Par conséquent, cette distance contribue à prévenir tout dépôt excessif dans la zone de distribution entraînant un bouchage local des passages hydrauliques. Les fluides utilisés pour le parachèvement peuvent avoir des propriétés physiques très éloignées du fluide utilisé lors de l’exploitation de l’échangeur-réacteur ou de l’échangeur. On pourra ainsi utiliser une notion de cercle inscrit entre les protubérances, comme illustré sur Fig. 10. Le diamètre maximal de ce cercle ne sera de préférence pas trop important pour limiter l’impact mécanique. Il pourra être déterminé selon la pression d’utilisation de l’échangeur. De préférence, le diamètre maximal du cercle inscrit sera de 8 mm. Par ailleurs, ce diamètre sera de préférence d’au moins 2 mm pour préserver un bon écoulement du fluide. Thus, for a 10-channel area and 9 guidelines, the 5 th channel from the center O of scaling is defined between the lines defined by the functions Y4 = f (X, L X 4, L y 4) and Y 5 = f (X, L X 5, L y s), with L X 4 = L X * 4/10 and L y4 = L y * 4/10 and L X5 = L X * 5/10 and L y5 = L y * 5/10. According to one embodiment, the distance between two protuberances is adjusted in order to ensure good mechanical strength and to consider finishing steps (such as the deposition of a protective coating against corrosion, the deposition of a catalyst, ...), of the wall separating two successive floors. This distance may correspond to the width of an exchange channel, measured in the lateral direction y. Having the distance between protuberance and its neighboring protuberances greater than or equal to the diameter of the channels of the exchange zone makes it possible to ensure that the distribution zone is not the weak point for the flow of any fluid used. as part of a completion. Consequently, this distance helps to prevent any excessive deposit in the distribution area causing local clogging of the hydraulic passages. The fluids used for finishing can have physical properties very different from the fluid used during the operation of the exchanger-reactor or the exchanger. It is thus possible to use a notion of a circle inscribed between the protuberances, as illustrated in FIG. 10. The maximum diameter of this circle will preferably not be too large to limit the mechanical impact. It can be determined according to the operating pressure of the exchanger. Preferably, the maximum diameter of the inscribed circle will be 8 mm. Furthermore, this diameter will preferably be at least 2 mm in order to preserve a good flow of the fluid.
L’échange de chaleur et la résistance mécanique pourront également être intensifiés en augmentant le nombre de protubérances. En particulier, on pourra disposer un nombre prédéterminé de protubérances suivant des lignes directrices et intercaler des protubérances supplémentaires en quinconce entre ces lignes directrices, comme montré par exemple sur Fig. 8. Heat exchange and mechanical strength can also be intensified by increasing the number of protrusions. In particular, a predetermined number of protuberances can be arranged along guidelines and additional protuberances staggered between these guidelines, as shown for example in FIG. 8.
De préférence, l’interface de liaison 43, 45 et l’interface d’entrée ou de sortie de fluide 3a, 5a sont dimensionnées suivant un rapport R=Ly/Lx compris entre 2 et 5. Preferably, the connection interface 43, 45 and the fluid inlet or outlet interface 3a, 5a are dimensioned according to a ratio R = L y / L x of between 2 and 5.
La zone d’échange 4 comprenant un nombre entier N de canaux d’échange 41 , N étant de préférence un multiple du nombre M de canaux distributeurs afin de pouvoir aligner, au niveau de l’interface de liaison 43, 45, un sous-ensemble de canaux d’échange 41 avec d’un canal distributeur. Deux lignes directrices d’indices m et m+1 formant entre elles un canal distributeur d’indice i=m rejoignent alors deux cloisons 46 délimitant entre elles au moins deux canaux d’échange (voir par exemple Fig. 8). The exchange zone 4 comprising an integer number N of exchange channels 41, N preferably being a multiple of the number M of distributor channels in order to be able to align, at the level of the link interface 43, 45, a sub- set of exchange channels 41 with a distributor channel. Two guidelines of indices m and m + 1 forming between them a distributor channel of index i = m then join two partitions 46 delimiting between them at least two exchange channels (see for example Fig. 8).
En particulier, la zone de distribution 3, 5 peut comprendre un nombre M de canaux distributeurs 31 , 51 avec M=N/R avec R un entier supérieur ou égal à 1 Avantageusement, pour chaque ligne directrice, la protubérance 9 la plus proche de la zone d’échange est prolongée jusqu’à fusionner avec une cloison 46 délimitant deux canaux d’échange successifs et agencée en regard de la protubérance 9. In particular, the distribution zone 3, 5 can comprise a number M of distribution channels 31, 51 with M = N / R with R an integer greater than or equal to 1 Advantageously, for each directing line, the protuberance 9 closest to the exchange zone is extended until it merges with a partition 46 delimiting two successive exchange channels and arranged opposite the protuberance 9.
Avantageusement, la zone de distribution 3, 5 comprend un nombre de protubérances A le long d’une même ligne directrice, A étant défini en fonction de l’indice m référençant la ligne directrice, m étant un nombre entier allant de 1 à M-1 , par la relation A = (m2 -1 )/4 si m est impair ou A= m2/4 si m est pair. Advantageously, the distribution zone 3, 5 comprises a number of protuberances A along the same guideline, A being defined as a function of the index m referencing the guideline, m being an integer ranging from 1 to M- 1, by the relation A = (m 2 -1) / 4 if m is odd or A m = 2/4 if m is even.
Cette relation permet de maximiser le nombre de protubérances dans un encombrement minimum. En outre, cela permet d’assurer une bonne distribution du fluide en réduisant le critère définissant l’homogénéité de la distribution et qui peut être exprimé par le rapport (Vmax - Vmin)A/moy, avec Vmax et Vmin les vitesses maximales et minimales atteintes par le fluide au niveau de l’interface de liaison et Vmoy la vitesse du fluide au niveau de l’interface de liaison moyennée sur l’ensemble des canaux de distribution. This relation makes it possible to maximize the number of protuberances in a minimum bulk. In addition, this ensures good distribution of the fluid by reducing the criterion defining the homogeneity of the distribution and which can be expressed by the ratio (Vmax - Vmin) A / m o y , with Vmax and Vmin the maximum speeds and minimum reached by the fluid at the level of the connection interface and V m o y the speed of the fluid at the level of the connection interface averaged over all of the distribution channels.
De préférence, les protubérances totalisent une section globale S9 définie comme la somme des surfaces des sections transversales de chaque protubérance 9, mesurées dans un plan parallèle à la direction longitudinale x et parallèle à la direction latérale y, avec un rapport Sg/SDistnb d’au moins 2%, de préférence inférieur à 30%, de préférence encore compris entre 4 et 20%. Preferably, the protuberances total an overall section S9 defined as the sum of the areas of the cross sections of each protuberance 9, measured in a plane parallel to the longitudinal direction x and parallel to the lateral direction y, with a ratio Sg / S Di s t n b of at least 2%, preferably less than 30%, more preferably between 4 and 20%.
En utilisation, avec un premier fluide F1 circulant dans les canaux de distribution à une pression donnée P, on détermine de préférence S9 de sorte que : In use, with a first fluid F1 circulating in the distribution channels at a given pressure P, S9 is preferably determined so that:
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Avec SDistrib la section de la zone de distribution définie par le volume de la zone de distribution divisé par l’épaisseur de la zone de distribution et Omax admiss la limite en terme de contrainte donnée par le code pour l’utilisation du matériau dans lequel la zone de distribution est formée (ASME, EN13445, ... ). De préférence, la pression P appliquée dans les canaux de distribution est comprise entre 1 barg et 40 barg (bar relatif). Par exemple, dans le cas d’une zone de distribution en inconel 625, soumise à des températures maximales de 700°C et à une pression de 10 bar, en prenant des coefficient de sécurité de 0,7 pour le matériau et 1 ,25 pour le fluage avec une durée d’utilisation de 100000 heures, on a S9/Sdistrib= 15,5% With S Di s t ri b the section of the distribution zone defined by the volume of the distribution zone divided by the thickness of the distribution zone and Omax d miss the limit in terms of stress given by the code for l 'use of the material in which the distribution area is formed (ASME, EN13445, ...). Preferably, the pressure P applied in the distribution channels is between 1 barg and 40 barg (relative bar). For example, in the case of an Inconel 625 distribution area, subjected to maximum temperatures of 700 ° C and a pressure of 10 bar, taking safety factors of 0.7 for the material and 1.25 for creep with a service life of 100,000 hours, we have S9 / S di stri b = 15.5%
Selon un mode de réalisation avantageux, la zone de distribution comprend au moins une protubérance 9 reliée, au niveau de l’interface de liaison, à une cloison 46 délimitant un canal d’échange 41 , de sorte que ladite protubérance est en contact, voire fusionne, c’est-à-dire forme une même pièce, avec la cloison 46 (voir Fig. 8). According to an advantageous embodiment, the distribution zone comprises at least one protuberance 9 connected, at the level of the connection interface, to a partition 46 delimiting an exchange channel 41, so that said protuberance is in contact, or even merges, that is to say forms the same part, with the partition 46 (see FIG. 8).
De préférence, chaque ligne directrice a une protubérance 9 raccordée avec une cloison 46 de la zone d’échange 4. Preferably, each guideline has a protuberance 9 connected with a partition 46 of the exchange zone 4.
Avantageusement, il est prévu un deuxième congé de raccordement (14 sur Fig. 8) au niveau d’au moins une jonction entre une protubérance 9 et une cloison 46. Le deuxième congé s’étend dans un plan parallèle aux directions longitudinale x et latérale y et de préférence sur toute la hauteur de l’étage 10. Le congé de raccordement peut être prévu du côté de la zone d’échange 4 et/ou du côté de la zone de distribution 3, 5. Le deuxième congé de raccordement permet d’améliorer la résistance mécanique en supprimant les angles vifs. Advantageously, a second connecting fillet (14 in Fig. 8) is provided at the level of at least one junction between a protuberance 9 and a partition 46. The second fillet extends in a plane parallel to the longitudinal x and lateral directions. y and preferably over the entire height of the floor 10. The connection fillet can be provided on the side of the exchange zone 4 and / or on the side of the distribution zone 3, 5. The second connection fillet allows improve mechanical resistance by eliminating sharp angles.
De façon alternative ou complémentaire, on peut prévoir un premier congé de raccordement au niveau d’au moins une jonction entre une protubérance 9 et une paroi. De préférence, le premier congé de raccordement s’étend sur toute la périphérie de la protubérance. Les rayons de courbure des protubérances aux interfaces avec les parois inférieure et supérieure des étages permettent d’éviter les concentrations de contraintes mécaniques. Alternatively or in addition, a first fillet can be provided at the level of at least one junction between a protuberance 9 and a wall. Preferably, the first fillet extends over the entire periphery of the protuberance. The radii of curvature of the protuberances at the interfaces with the lower and upper walls of the floors help prevent concentrations of mechanical stress.
De préférence, lesdits premier et deuxième congés de raccordement ont des rayons de courbure rc compris entre 0,2 mm et la demi-hauteur h de l’étage 10. Ce dimensionnement permet d’éviter les concentrations de contraintes. Les congés ont des profils concaves. Preferably, said first and second fillets have radii of curvature r c between 0.2 mm and the half-height h of stage 10. This dimensioning makes it possible to avoid stress concentrations. The fillets have concave profiles.
De préférence, l’échangeur-réacteur ou l’échangeur selon l’invention est formé d’un seul tenant, ou dit autrement du type monobloc, c'est-à-dire ne présentant aucune interface d’assemblage entre la zone de distribution et la zone d’échange et entre les différents étages de ces zones. Preferably, the exchanger-reactor or the exchanger according to the invention is formed in one piece, or in other words of the monobloc type, that is to say having no assembly interface between the distribution zone. and the exchange zone and between the different floors of these zones.
Avantageusement, au moins les parois 12, les canaux d’échange 41 , les canaux distributeurs 31 , 51 , les protubérances 9 sont formées d’un seul tenant par un procédé de fabrication additive. La pièce se construit couche par couche, les couches sont de l’ordre de 50pm, selon la précision des formes souhaitées et le taux de dépôt voulu. Ce type de procédé permet de contrôler finement le dépôt de la matière dans les zones souhaitées et permet de réaliser des pièces en trois dimensions de forme plus complexes qu’avec les méthodes de fabrication classiques. Advantageously, at least the walls 12, the exchange channels 41, the distributor channels 31, 51, the protuberances 9 are formed integrally by an additive manufacturing process. The part is built layer by layer, the layers are of the order of 50 μm, depending on the precision of the desired shapes and the desired deposition rate. This type of process makes it possible to finely control the deposition of the material in the desired zones and makes it possible to produce three-dimensional parts of more complex shape than with conventional manufacturing methods.
De manière préférentielle, la méthode de fabrication additive met en oeuvre au moins une poudre métallique de taille micrométrique en tant que matière de base, et/ou au moins un laser en tant que source d’énergie. Preferably, the additive manufacturing method uses at least one micrometric-sized metal powder as base material, and / or at least one laser as energy source.
Le métal à fondre peut être apporté soit par lit de poudre ou soit par une buse d’aspersion. The metal to be melted can be supplied either by powder bed or by a spray nozzle.
De préférence, on utilise un procédé de fusion laser sur lit de poudre métallique. Des poudres métalliques de taille micrométrique sont fondues par un ou plusieurs lasers. Les lasers utilisés pour fondre localement la poudre sont soit des lasers YAG, à fibres ou CO2 et la fusion des poudres s’effectuent sous gaz inerte, tel de l’argon, de l’hélium, des mélanges d’argon et d’hélium. Preferably, a laser melting process on a bed of metal powder is used. Metallic powders of micrometric size are melted by one or more lasers. The lasers used to locally melt the powder are either YAG, fiber or CO2 lasers and the melting of the powders is carried out under inert gas, such as argon, helium, mixtures of argon and helium. .
Afin de faciliter le processus de fabrication additive, les protubérances 9 peuvent présenter chacune, en coupe dans un plan parallèle à la direction longitudinale x et à la direction d’empilement z, un front avant 9a et un front arrière 9b inclinés d’un angle Q par rapport à la direction d’empilement z, de préférence un angle Q compris entre 0 et 45°. Ce mode de réalisation est illustré sur Fig. 9. Tendre vers les 45° permet d’améliorer la fabricabilité additive en imprimant l’échangeur dans la direction principale de l’écoulement des fluides. In order to facilitate the additive manufacturing process, the protrusions 9 may each have, in section in a plane parallel to the longitudinal direction x and to the stacking direction z, a front edge 9a and a rear face 9b inclined at an angle Q with respect to the stacking direction z, preferably an angle Q of between 0 and 45 °. This embodiment is illustrated in FIG. 9. Tending to 45 ° improves additive manufacturability by printing the heat exchanger in the primary direction of fluid flow.
Avantageusement, l’échangeur-réacteur selon l’invention est de type millistructuré, voire microstructuré. En d’autres termes, les canaux d’échange de l’échangeur millistructuré sont de dimensions millimétriques, par exemple avec une hauteur h entre les parois de l’ordre de 0,2 mm à 10 mm et une largeur du même ordre de grandeur. Ainsi, la structuration et la réduction de la section de passage de fluide dans les canaux permettant d’intensifier les transferts de chaleur et de masse pendant la réaction. Advantageously, the exchanger-reactor according to the invention is of the millistructured, or even microstructured, type. In other words, the exchange channels of the millistructured exchanger are of millimeter dimensions, for example with a height h between the walls of the order of 0.2 mm to 10 mm and a width of the same order of magnitude. . Thus, the structuring and reduction of the fluid passage section in the channels allows the intensification of heat and mass transfers during the reaction.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Échangeur-réacteur ou échangeur comprenant une pluralité de parois (12) empilées suivant une direction d’empilement (z) qui est orthogonale à une direction longitudinale (x) et à une direction latérale (y), de façon à définir entre elles au moins une première série d’étages (10) configurés pour l’écoulement d’un premier fluide (F1 ) et une deuxième série d’étages (1 1 ) configurés pour l’écoulement d’un deuxième fluide (F2) à mettre en relation d’échange thermique indirect avec le premier fluide (F1 ), dans lequel : 1. Exchanger-reactor or exchanger comprising a plurality of walls (12) stacked in a stacking direction (z) which is orthogonal to a longitudinal direction (x) and to a lateral direction (y), so as to define at least between them a first series of stages (10) configured for the flow of a first fluid (F1) and a second series of stages (1 1) configured for the flow of a second fluid (F2) to be connected indirect heat exchange with the first fluid (F1), in which:
- chaque étage (10) de la première série est défini entre une paire de parois (12) adjacentes, une paire de bords longitudinaux (10a) parallèles à la direction longitudinale (x) et une paire de bords latéraux (10b) parallèles à la direction latérale (Y), - each stage (10) of the first series is defined between a pair of adjacent walls (12), a pair of longitudinal edges (10a) parallel to the longitudinal direction (x) and a pair of side edges (10b) parallel to the lateral direction (Y),
- chaque étage (10) est divisé, suivant la direction longitudinale (x), en au moins une zone d’échange (4) et au moins une zone de distribution (3, 5) agencée en amont et/ou en aval de la zone d’échange (4), avec des interfaces de liaison (43, 45) agencée chacune entre la zone d’échange (4) et ladite zone de distribution (3, 5), - each stage (10) is divided, along the longitudinal direction (x), into at least one exchange zone (4) and at least one distribution zone (3, 5) arranged upstream and / or downstream of the exchange zone (4), with connection interfaces (43, 45) each arranged between the exchange zone (4) and said distribution zone (3, 5),
- ladite zone d’échange (4) comprend une pluralité de canaux d’échange (41 ) délimités par des cloisons (46) qui s’étendent de façon continue entre les deux interfaces de liaison (43, 45), et - said exchange zone (4) comprises a plurality of exchange channels (41) delimited by partitions (46) which extend continuously between the two link interfaces (43, 45), and
- ladite au moins une zone de distribution (3, 5) comprend une pluralité de canaux distributeurs (31 , 51 ) qui relient chacun une interface d’entrée de fluide (33) et/ou de sortie de fluide (55) disposée sur un bord longitudinal (10a) de l’étage (10) avec une interface de liaison (43, 45) de façon à acheminer le premier fluide (F1 ) respectivement vers les canaux d’échange (41 ) et/ou depuis les canaux d’échange (41 ), - said at least one distribution zone (3, 5) comprises a plurality of distributor channels (31, 51) which each connect a fluid inlet (33) and / or fluid outlet (55) interface arranged on a longitudinal edge (10a) of the stage (10) with a connecting interface (43, 45) so as to convey the first fluid (F1) respectively to the exchange channels (41) and / or from the channels of exchange (41),
caractérisé en ce que ladite au moins une zone de distribution (3, 5) présente, dans un plan parallèle aux directions longitudinale (x) et latérale (y), une section de distribution de surface Sdistrib délimitée par une interface de liaison (43, 45), une interface d’entrée ou de sortie de fluide (33, 55) et un contour externe (D) de forme courbe, characterized in that said at least one distribution zone (3, 5) has, in a plane parallel to the longitudinal (x) and lateral (y) directions, a surface distribution section Sdistrib delimited by a connecting interface (43, 45), a fluid inlet or outlet interface (33, 55) and an external contour (D) of curved shape,
chaque canal distributeur (31 , 51 ) étant délimité par au moins une ligne directrice (dm) qui s’étend entre l’interface d’entrée et/ou de sortie de fluide (33, 55) et une interface de liaison (43, 45) et qui est une courbe homothétique du contour externe (D) avec un rapport d’homothétie (km) prédéterminé, et each distributor channel (31, 51) being delimited by at least one guideline (dm) which extends between the fluid inlet and / or outlet interface (33, 55) and a link interface (43, 45) and which is a homothetic curve of the external contour (D) with a predetermined homothety ratio (k m ), and
une pluralité de protubérances (9) étant disposées le long de chaque ligne directrice (dm) et s’étendant entre la paire de parois adjacentes (12), lesdites protubérances (9) étant aptes à changer au moins une direction d’écoulement du premier fluide (F1 ) et présentant chacune, en coupe dans un plan parallèle aux directions longitudinale (x) et latérale (y), un profil hydrodynamique en forme d’aile délimité par un bord d’attaque (92), ledit bord d’attaque (92) étant agencé de façon à faire face au premier fluide (F1 ) lorsqu’il s’écoule dans la zone de distribution (3, 5), un bord de fuite (97) agencé en aval du bord d’attaque (92) dans le sens d’écoulement du premier fluide (F1 ), une première ligne de guidage (96) d’écoulement et une deuxième ligne de guidage (99) d’écoulement reliant mutuellement le bord d’attaque (92) et le bord d’attaque (97), au moins l’une desdites première et deuxième lignes de guidage (96, 99) étant incurvée en direction du profil externe (D). a plurality of protrusions (9) being disposed along each directing line (d m ) and extending between the pair of adjacent walls (12), said protuberances (9) being adapted to change at least one direction of flow of the first fluid (F1) and each having, in section in a plane parallel to the longitudinal (x) and lateral (y) directions, a wing-shaped hydrodynamic profile delimited by a leading edge (92), said edge of attack (92) being arranged so as to face the first fluid (F1) when it flows into the distribution zone (3, 5), a trailing edge (97) arranged downstream of the leading edge ( 92) in the direction of flow of the first fluid (F1), a first flow guide line (96) and a second flow guide line (99) mutually connecting the leading edge (92) and the leading edge (97), at least one of said first and second guide lines (96, 99) being curved towards the outer profile (D).
2. Échangeur-réacteur ou échangeur selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les parois (12) s’étendent sensiblement parallèlement entre elles et parallèlement à un plan défini par la direction longitudinale (x) et la direction latérale (y). 2. Exchanger-reactor or exchanger according to claim 1, characterized in that the walls (12) extend substantially parallel to each other and parallel to a plane defined by the longitudinal direction (x) and the lateral direction (y).
3. Échangeur-réacteur ou échangeur selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le bord d’attaque (92) et le bord de fuite (97) présente des formes arrondies, de préférence des formes convexes. 3. Exchanger-reactor or heat exchanger according to one of claims 1 or 2, characterized in that the leading edge (92) and the trailing edge (97) has rounded shapes, preferably convex shapes.
4. Échangeur-réacteur ou échangeur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première ligne de guidage (96) d’écoulement et la deuxième ligne de guidage (99) d’écoulement sont incurvées en direction du profil externe (D). 4. Exchanger-reactor or exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the first guide line (96) flow and the second guide line (99) flow are curved in the direction of the outer profile ( D).
5. Échangeur-réacteur ou échangeur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bord d’attaque (92) et le bord de fuite (97) sont reliés par un segment (C) définissant une longueur maximale du profil hydrodynamique dite longueur de corde (U), ledit segment (C) reliant une extrémité (92a) du bord d’attaque (92) et une extrémité (97a) du bord de fuite (97) avec lesdites extrémités (92a, 97a) situées sur la ligne directrice (dm). 5. Exchanger-reactor or exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the leading edge (92) and the trailing edge (97) are connected by a segment (C) defining a maximum length of the hydrodynamic profile. said length of chord (U), said segment (C) connecting one end (92a) of the leading edge (92) and one end (97a) of the trailing edge (97) with said ends (92a, 97a) located on the guideline (d m ).
6. Échangeur-réacteur ou échangeur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le profil hydrodynamique présente une longueur de corde (U) comprise entre la longueur de la ligne directrice (dm) divisée par le nombre de protubérances sur ladite ligne directrice (dm)et ladite longueur de la ligne directrice (dm) divisée par trois fois ledit nombre de protubérances et une épaisseur maximale (e) comprise entre 5% et 10% de la longueur de corde (U), l’épaisseur maximale (e) étant définie comme la distance maximale mesurée entre la première ligne de guidage d’écoulement (96) et la deuxième ligne de guidage d’écoulement (99) 6. Exchanger-reactor or exchanger according to claim 5, characterized in that the hydrodynamic profile has a chord length (U) between the length of the guideline (d m ) divided by the number of protuberances on said guideline ( d m ) and said length of the guideline (d m ) divided by three times said number of protuberances and a maximum thickness (e) between 5% and 10% of the chord length (U), the maximum thickness ( e) being defined as the maximum distance measured between the first flow guide line (96) and the second flow guide line (99)
7. Échangeur-réacteur ou échangeur selon l’une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu’au moins une protubérance (9) présente une variation d’au moins une dimension choisie parmi sa longueur de corde (U), son épaisseur maximale (e), par rapport à une dimension respective d’au moins une autre protubérance (9) de la zone de distribution (3, 5). 7. Exchanger-reactor or exchanger according to one of claims 5 or 6, characterized in that at least one protuberance (9) has a variation of at least one dimension chosen from its length of chord (U), its thickness. maximum (e), with respect to a respective dimension of at least one other protuberance (9) of the distribution zone (3, 5).
8. Échangeur-réacteur ou échangeur selon l’une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que 8. Exchanger-reactor or exchanger according to one of claims 5 to 7, characterized in that
- les protubérances (9) d’une même ligne directrice (dm) présentent des profils hydrodynamiques ayant des longueurs de corde (Lc) croissantes en direction de l’interface de liaison (43, 45), et/ou - the protuberances (9) of the same guideline (d m ) have hydrodynamic profiles having chord lengths (L c ) increasing in the direction of the connection interface (43, 45), and / or
- les protubérances (9) présentent des profils hydrodynamiques ayant des épaisseurs maximales (e) décroissantes le long d’au moins une ligne directrice (dm) en direction de l’interface de liaison (43, 45). - the protuberances (9) have hydrodynamic profiles having maximum thicknesses (e) decreasing along at least one guideline (d m ) towards the connection interface (43, 45).
9 Échangeur-réacteur ou échangeur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les protubérances (9) ont des profils hydrodynamiques du type en « aile d’avion », de préférence du type « NACA », la première ligne de guidage d’écoulement (96) formant une première cambrure dite « extrados » dudit profil et la deuxième ligne de guidage d’écoulement(99) formant une deuxième cambrure dite « intrados » dudit profil et le profil hydrodynamique présentant une cambrure médiane (98) située en tout point de sa longueur à égale distance de l’extrados (96) et de l’intrados (99), ladite cambrure médiane (98) reliant une extrémité (92a) du bord d’attaque (92) et une extrémité (97a) du bord de fuite (97) situées sur la ligne directrice (dm). 9 Heat exchanger-reactor or heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the protuberances (9) have hydrodynamic profiles of the "airplane wing" type, preferably of the "NACA" type, the first guide line flow (96) forming a first so-called "upper surface" camber of said profile and the second flow guide line (99) forming a second so-called "lower surface" camber of said profile and the hydrodynamic profile having a median camber (98) located at any point of its length equidistant from the upper surface (96) and the lower surface (99), said median camber (98) connecting one end (92a) of the leading edge (92) and one end (97a ) of the trailing edge (97) located on the guideline (d m ).
10. Échangeur-réacteur ou échangeur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les protubérances (9) ont des profils hydrodynamiques du type NACA cambré non symétrique comprenant une première cambrure bombée et une deuxième cambrure creusée, avec la première cambrure bombée orientée vers le contour externe (D). 10. Exchanger-reactor or heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the protuberances (9) have hydrodynamic profiles of the non-symmetrical arched NACA type comprising a first convex camber and a second hollowed out camber, with the first curved camber. oriented towards the outer contour (D).
1 1 . Échangeur-réacteur ou échangeur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la zone de distribution (3, 5) comprend une pluralité de lignes directrices (dm, dm+i, dm+2...) agencées homothétiquement les unes aux autres depuis un centre d’homothétie (O) vers le contour externe (D), le centre d’homothétie (O) étant situé à l’intersection entre l’interface de liaison (43, 45) et l’interface d’entrée ou de sortie de fluide (33, 55). 1 1. Exchanger-reactor or exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the distribution zone (3, 5) comprises a plurality of guidelines (d m , d m + i , d m + 2 ...) arranged homothetically to each other from a center of homothety (O) to the outer contour (D), the center of homothety (O) being located at the intersection between the link interface (43, 45) and the interface fluid inlet or outlet (33, 55).
12. Echangeur-réacteur ou échangeur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la zone de distribution (3, 5) comprend un nombre M de canaux distributeurs (31 , 51 ), M étant un entier supérieur à 1 , lesdits canaux présentant, au niveau de l’interface d’entrée ou de sortie de fluide (33, 55), des premières dimensions sensiblement identiques, et présentant, au niveau de l’interface de liaison (43, 45), des deuxièmes dimensions sensiblement identiques, lesdites première et deuxième dimensions étant mesurées suivant la direction longitudinale (x) et latérale (y) respectivement, la zone de distribution (3, 5) comprenant une pluralité de lignes directrices (dm, dm+i, dm+2...) référencée chacune par un indice m, m étant un nombre entier allant de 1 à M-1 , chaque ligne directrice étant une courbe homothétique du contour externe (D) avec un rapport d’homothétie km=m/M. 12. Exchanger-reactor or exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the distribution zone (3, 5) comprises a number M of distributor channels (31, 51), M being an integer greater than 1, said channels having, at the level of the fluid inlet or outlet interface (33, 55), first substantially identical dimensions, and having, at the level of the connection interface (43, 45), second dimensions substantially identical, said first and second dimensions being measured along the longitudinal (x) and lateral (y) direction respectively, the distribution zone (3, 5) comprising a plurality of guidelines (d m , d m + i , d m + 2 ...) each referenced by an index m, m being an integer ranging from 1 to M-1, each direction line being a homothetic curve of the external contour (D) with a homothety ratio k m = m / M.
13. Échangeur-réacteur ou échangeur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le contour externe (D) est de forme elliptique ou parabolique. 13. Exchanger-reactor or exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the outer contour (D) is elliptical or parabolic in shape.
14. Échangeur-réacteur ou échangeur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’interface de liaison (43, 45) présente une première longueur (Ly) mesurée suivant la direction latérale (y) et l’interface d’entrée ou de sortie de fluide (33, 55) présente une deuxième longueur (Lx) mesurée suivant la direction longitudinale (x), l’interface de liaison (43, 45) et l’interface d’entrée ou de sortie de fluide (3a, 5a) étant dimensionnées suivant un rapport R=Ly/Lx compris entre 2 et 5, la zone d’échange (4) comprenant un nombre N de canaux d’échange (41 ) et la zone de distribution (3, 5) comprenant un nombre M de canaux distributeurs (31 , 51 ) avec de préférence M=N/R. 14. Exchanger-reactor or exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting interface (43, 45) has a first length (L y ) measured in the lateral direction (y) and the interface d 'fluid inlet or outlet (33, 55) has a second length (L x ) measured along the longitudinal direction (x), the connection interface (43, 45) and the inlet or outlet interface of fluid (3a, 5a) being sized according to a ratio R = L y / L x ranging between 2 and 5, the exchange zone (4) comprising a number N of exchange channels (41) and the distribution zone (3, 5) comprising a number M of distributor channels (31, 51) with preferably M = N / R.
15. Échangeur-réacteur ou échangeur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce les protubérances (9) totalisant une section globale (S9) définie comme la somme des surfaces des sections transversales de chaque protubérance (9) mesurées dans un plan parallèle à la direction longitudinale (x) et parallèle à la direction latérale (y), avec un rapport S9/SDistrib d’au moins 2%, de préférence inférieur à 30%, de préférence encore compris entre 4 et 20%. 15. Exchanger-reactor or exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the protuberances (9) totaling an overall section (S 9 ) defined as the sum of the surfaces of the cross sections of each protuberance (9) measured in a plane. parallel to the longitudinal direction (x) and parallel to the lateral direction (y), with an S9 / S Di s t ri b ratio of at least 2%, preferably less than 30%, more preferably between 4 and 20%.
16. Échangeur-réacteur ou échangeur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il est prévu un premier congé de raccordement au niveau d’au moins une jonction entre une protubérance (9) et une paroi (12) et/ou il est prévu un deuxième congé de raccordement au niveau d’au moins une jonction entre une protubérance (9) et une cloison (46) délimitant un canal d’échange (41 ), lesdits premier et deuxième congés de raccordement ayant des rayons de courbure compris entre 0,2 mm et la demi-hauteur (h) de l’étage (10), ladite hauteur (h) étant mesurée suivant une direction d’empilement (z) des parois (12) qui est orthogonale à la direction longitudinale (x) et à la direction latérale (y). 16. Exchanger-reactor or exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that there is provided a first connection fillet at at least one junction between a protuberance (9) and a wall (12) and / or a second fillet is provided at the level of at least one junction between a protuberance (9) and a partition (46) delimiting an exchange channel (41), said first and second fillet joints having radii of curvature between 0.2 mm and the half-height (h) of the floor (10), said height (h) being measured in a stacking direction (z) of the walls (12) which is orthogonal to the direction longitudinal (x) and lateral direction (y).
17. Échangeur-réacteur ou échangeur suivant l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’au moins les parois (12), les canaux d’échange (41 ), les canaux distributeurs (31 , 51 ), les protubérances (9) sont formées d’un seul tenant par un procédé de fabrication additive, de préférence un procédé de fusion laser sur lit de poudre métallique. 17. Exchanger-reactor or exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that at least the walls (12), the exchange channels (41), the distributor channels (31, 51), the protuberances (9 ) are formed integrally by an additive manufacturing process, preferably a metal powder bed laser fusion process.
18. Échangeur-réacteur ou échangeur suivant l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les protubérances (9) présentant chacune, en coupe dans un plan parallèle à la direction longitudinale (x) et à la direction d’empilement (z), un front avant (9a) et un front arrière (9b) inclinés d’un angle (Q) par rapport à la direction d’empilement (z), de préférence un angle (Q) compris entre 5 et 40°. 18. Exchanger-reactor or exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the protuberances (9) each having, in section in a plane parallel to the longitudinal direction (x) and to the stacking direction (z) , a front edge (9a) and a rear edge (9b) inclined at an angle (Q) with respect to the stacking direction (z), preferably an angle (Q) of between 5 and 40 °.
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