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EP4521054A1 - Heat exchanger with recessed plate(s) - Google Patents

Heat exchanger with recessed plate(s) Download PDF

Info

Publication number
EP4521054A1
EP4521054A1 EP24198875.7A EP24198875A EP4521054A1 EP 4521054 A1 EP4521054 A1 EP 4521054A1 EP 24198875 A EP24198875 A EP 24198875A EP 4521054 A1 EP4521054 A1 EP 4521054A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fluid
fluid circulation
heat exchanger
circulation system
plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24198875.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Fabio ASTE
Bertrand CHANDEZ
Hai Trieu Phan
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP4521054A1 publication Critical patent/EP4521054A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/08Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning
    • F28F3/086Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning having one or more openings therein forming tubular heat-exchange passages
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2230/00Sealing means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02Header boxes; End plates
    • F28F9/026Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • F28F9/0265Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits by using guiding means or impingement means inside the header box

Definitions

  • the present invention relates to the field of heat exchange between fluids, in particular implementing fluid separation within at least one of the fluids.
  • thermodynamic cycle of the installation Increasing the thermal efficiency of a heat exchanger has a direct effect on the performance of the thermodynamic cycle of the installation, reducing the latter's primary energy consumption, and consequently the emissions and corresponding supply costs.
  • the goal of optimizing the performance of a heat exchanger is achieved by adopting complex solutions where the original geometry of the part is specifically adapted to the specific application for which the installation is intended. Implementing such solutions is costly and limits the possible reuse of the exchanger for other applications.
  • thermodynamic interactions may occur within the exchanger. It may then be necessary to orient the design of the heat exchanger in order to optimize either heat exchange or mass transfer.
  • Concentric tube, tube bundle, coil, plate, mixing, or finned heat exchangers are known.
  • the most widespread heat exchangers, due to the excellent heat transfer coefficients they achieve, are plate exchangers.
  • Plate heat exchangers can be of the brazed or welded type or of the plate and gasket type.
  • Welded plate heat exchangers are a single-piece design, meaning the plates cannot be separated after welding. Conversely, gasketed plate heat exchangers can be disassembled and then lengthened or shortened as needed, making them suitable for the desired application and facilitating exchanger maintenance.
  • the flow of fluids in the heat exchanger can be single-phase or two-phase.
  • the heat exchange benefits from a very favorable condition, because the phase change generally occurs at a constant temperature: the logarithmic temperature difference therefore increases considerably, reducing the necessary exchange surface.
  • the two fluids are separated by a separating plate, usually made of metal.
  • the thermal conductivity of the separating plate induces a resistance to heat transfer, which can be reduced by reducing its thickness or by using a separating plate made of a metal with high thermal conductivity, for example copper or aluminum rather than steel.
  • Turbulence in the fluid circulation systems of each fluid is generally sought because it increases the thermal efficiency of the exchanger.
  • US 5,392,849 A describes for example a superimposed plate exchanger in which the two fluids flow counter-current to each other. It comprises alternating solid plates to hollow plates where the fluid is distributed, flows and is collected before being discharged from the exchanger.
  • CN 104748605 A describes a plate heat exchanger with microchannels. The heat exchange benefits from a magnetic field generated by electrodes inserted into a plate.
  • CN 111780597 A describes a vacuum diffusion welded plate heat exchanger suitable for cross-flow between fluids.
  • the exchanger according to the first main aspect of the invention is easily adaptable to the application for which it is intended. In addition, it is easy to maintain.
  • the frame plate defines a housing in which different types of shaped plates or stacks of shaped plates can be housed. Thus, a used shaped plate can be replaced while keeping the frame plate in place if the latter is still in good working order.
  • the exchanger is to be integrated into an installation for which the application is different from that initially envisaged, it is possible to design a shaped plate or a stack of shaped plates with a fluid circulation system of a shape specifically adapted to the application, without it being necessary to modify the separation plate and/or the frame plate.
  • the shaped plate or the stack of shaped plates can be obtained from cutting techniques that are simpler to implement and less expensive than the machining or stamping techniques usually used to produce the heat exchangers of the prior art.
  • each shaped plate has a thickness less than the frame plate.
  • each shaped plate has a low thickness, allowing optimal heat transfer without it being required to contribute to the mechanical strength of the heat exchanger, this function being provided by the frame plate of greater thickness.
  • the thickness of a component is defined and measured along the longitudinal axis of the heat exchanger.
  • the heat exchanger comprises a groove separating the frame plate and the inner part from each other, the width of the groove preferably being constant.
  • the groove may completely surround the periphery of the inner part.
  • the heat exchanger has a seal, preferably an O-ring, arranged in the groove and compressed by the adjacent separating plates. This reinforces the seal between the separating plates and the corresponding exchange module, reducing the risk of fluid leakage. In addition, the seal can easily be removed when replacing or changing the inner part.
  • the gasket can be extruded or overmolded. It can be made of a polymer material, for example chosen from ethylene propylene diene monomer (EPDM), or polytetrafluoroethylene (PTFE). It can have a Shore hardness of between 70 and 80.
  • EPDM ethylene propylene diene monomer
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the inner part can be fixed, for example glued, brazed or welded, in particular by diffusion welding, to the frame plate.
  • the frame plate may be made of a material having a modulus of elasticity and/or a breaking strength greater than the modulus of elasticity and/or the breaking strength, respectively, of the constituent material of the shaped plate(s).
  • the frame plate contributes more to the rigidity and/or the mechanical strength of the exchanger than the inner part.
  • the solid area of the or each form plate and the frame plate may have different surface roughnesses.
  • the shaped plate(s) may comprise a material that catalyzes a chemical reaction upon contact with a component of the first and/or second fluid.
  • the second exchange module may comprise a third fluid circulation system fluidically disconnected from the second fluid circulation system, the second and third fluid circulation systems being defined by different portions of the hollowed-out zone(s) of the corresponding interior part.
  • the same interior part may define different and separate flow zones for different fluids.
  • the second exchange module may comprise a third fluid circulation system fluidically disconnected from the second fluid circulation system, the corresponding frame plate comprising a second window in which a second interior part is arranged which delimits the third fluid circulation system.
  • the heat exchanger according to the second main aspect of the invention thus defines, by a simple stacking of the shaped plates between two adjacent separation plates and in the plane and/or in the thickness of the stack, a fluid circulation system of complex two-dimensional or, preferably, three-dimensional shape.
  • the invention also overcomes the limitations encountered in the stamped plate exchangers of the prior art, where the channels have a geometry defined by the shape of the stamped reliefs.
  • the fluid circulation system has, in at least one longitudinal sectional plane, different profiles in at least two different positions along the transverse axis of said sectional plane, perpendicular to the longitudinal axis.
  • the profile in a position along said transverse axis may comprise the rank of the hollowed-out zone(s) in the stack and/or the height of the fluid circulation system in said position and/or the number of hollowed-out zones in said position.
  • the fluid circulation system may comprise portions that extend along different axes. It may comprise at least two portions that extend along axes contained in a transverse plane and that are different from each other. It may comprise at least two portions that extend along axes contained in a longitudinal plane and that are different from each other.
  • a longitudinal plane contains the longitudinal axis.
  • a transverse plane is defined by two transverse axes that are each perpendicular to the longitudinal axis. A transverse plane is therefore perpendicular to a longitudinal plane.
  • the fluid circulation system may comprise at least one main path which divides upstream into several secondary paths which join downstream.
  • the fluid circulating in the fluid circulation system may follow different paths inside the corresponding exchange module. This makes it possible to vary the fluidic conditions of the flow by changing the shape of the passage section of the circulation system. fluidic along its path. It is thus possible to generate phase separation within each secondary path and/or self-balancing of pressures and/or fluid flow rates between the secondary paths.
  • the fluid flow system may include, when viewed in a longitudinal sectional plane, a meandering portion extending between adjacent divider plates.
  • the length and/or width of the form plates and the separation plates may be equal.
  • the heat exchanger according to the third main aspect of the invention has the advantage of great compactness, the heat exchange and phase separation taking place within the first and second exchange modules.
  • the exchanger comprises a supply conduit of the first fluid circulation system opening into an inlet opening of the first fluid and a discharge conduit of the first fluid opening into an outlet opening of the first fluid, the third fluid circulation system being closer to said inlet opening of the first fluid than to the outlet opening of the first fluid.
  • the third system fluid circulation is then closer to the coldest zone of the first exchange module, which facilitates cooling, and for example the liquefaction of the second fluid component.
  • the exchanger is configured so that the second fluid component, after changing state, flows countercurrently to the first fluid in the first fluid circulation system toward the third fluid circulation system.
  • the second fluid component which has changed from the liquid state to the gaseous state under the effect of the heat exchange with the second fluid, flows in the gaseous state against the flow of the first fluid which contains the second liquid component in the liquid state.
  • the heat exchanger preferably includes a third fluid circulation system discharge conduit for purging the second fluid component from the exchanger.
  • At least one of the first and second exchange modules consists of a shaped plate consisting of at least one hollowed-out zone passing through the thickness of the shaped plate from one side to the other and a surrounding solid zone of constant thickness, the first fluid circulation system on the one hand or the second fluid circulation system and/or the third fluid circulation system on the other hand being formed respectively in the hollowed-out zone and delimited transversely by the surrounding solid zone and longitudinally by the separation plates adjacent to said module.
  • the heat exchanger may comprise one or more of the following optional features.
  • the first and second exchange modules are preferably arranged alternately one after the other along the longitudinal axis.
  • the recessed area is formed by cutting.
  • the recessed area is formed by laser beam cutting.
  • the first and second fluid circulation systems are preferably longitudinally delimited by the separation plates which sandwich the first and second adjacent exchange modules respectively and which are in contact with said first and second exchange modules respectively.
  • At least one, preferably each of the first, second and, where appropriate, third fluid circulation systems comprises at least one channel, preferably a plurality of channels, and/or a fluid distribution chamber for supplying fluid to the channel(s) and/or a collection chamber into which the channel(s) open downstream.
  • the channels may extend parallel to each other, for example parallel to the length of the interior part.
  • the channel(s) may form a serpentine that extends in the median plane of the interior part.
  • the form plate(s) and/or the separation plate and/or the frame plate are preferably flat and have parallel faces.
  • the separation plate can have a thickness less than or equal to 2.0 mm, in order to maximize thermal exchanges, and optionally greater than or equal to 0.5 mm.
  • the separation plate may have a roughness suitable for facilitating the establishment of a turbulent flow of the first fluid or the second fluid.
  • the frame plate can have a thickness between 1 and 10 mm.
  • each shaped plate of the stack may have a thickness of less than 3 mm, or even less than 2 mm, or even less than 1 mm.
  • the shaped plates can have the same thickness.
  • the stack may comprise at least two identically shaped plates.
  • the identically shaped plates are each asymmetrical, one of the shaped plates being arranged symmetrically to the other shaped plate with respect to a longitudinal plane.
  • asymmetric we mean that a plate has at most a single longitudinal plane of symmetry.
  • an asymmetric plate can be symmetrical about a transverse median plane.
  • At least two shaped plates of the stack are different.
  • the stack can consist of more than two, or even more than five, or even more than ten shaped plates.
  • a high number of shaped plates allows the shape of the fluid circulation system to be refined.
  • the separation plate on the one hand and the form plate(s), and/or, where appropriate, the frame plate on the other hand, may be made of different materials.
  • the separation plates have a thickness less than the thickness of each of the first exchange modules and/or the thickness of each of the second exchange modules.
  • the exchanger comprises end plates arranged longitudinally at the ends of the exchanger and which sandwich the plurality of first and second exchange modules and the plurality of separation plates.
  • one and/or the other of the end plates comprises an inlet opening for the first fluid and/or an outlet opening for the first fluid and/or an inlet opening for the second fluid and/or an outlet opening for the second fluid and/or, where appropriate, an outlet opening for the second fluid component.
  • the first exchange modules are all identical and/or the second exchange modules are all identical. This facilitates the manufacture and maintenance of the heat exchanger.
  • the heat exchanger may be of the welded type.
  • the first exchange modules and/or the second exchange modules may be welded onto the separation plates.
  • the heat exchanger is of the "gasketed" type, which facilitates its maintenance, for example by only replacing the used separation plate(s), form plate(s) or frame plate(s).
  • the heat exchanger comprises compression means for compressing the first and second exchange modules and the separation plates so as to ensure the sealing of each of the first, second and, where appropriate, fluid circulation systems.
  • the end plates may be provided with holes, and the exchanger comprises connecting rods engaged in the holes and which connect the end plates. The connecting rods are bolted onto the end plates and compress said superposition.
  • the flow of the second fluid component occurs counter-currently to the flow of the first fluid in the first fluid circulation system.
  • the method may include cooling the second fluid component after the third fluid component leaves the heat exchanger and prior to the second fluid component flowing out of the heat exchanger.
  • the first fluid is introduced in the liquid state into the first fluid circulation system, and the second component is in the gaseous state after the phase change due to the heating of the first fluid by heat transfer with the second fluid.
  • the first fluid component is preferably maintained in the liquid state during its flow in the first fluid circulation system.
  • the first fluid component may be water and the second fluid component may be ammonia.
  • the second fluid may be water, in particular glycolated water, or oil.
  • the first fluid and the second fluid may flow countercurrently in the first and second fluid circulation systems, in order to maximize the heat exchange between them.
  • the invention also relates to a thermodynamic installation comprising an exchanger according to the invention, in particular according to the third aspect of the invention.
  • FIG. 1 schematically, an example of a plate heat exchanger 1, in particular such as the invention.
  • This exchanger is intended for the exchange of heat between two fluids, one of the fluids entering the heat exchanger at a lower temperature than the other fluid.
  • the exchanger 1 comprises an end plate 3 provided with an inlet opening 5 for the first fluid, an inlet opening 7 for the second fluid, a first fluid outlet opening and a second fluid outlet opening 11 for introducing the first and second fluids into the exchanger and extracting them from it.
  • the heat exchanger further comprises first 13 and second 15 exchange modules which are superimposed on each other along a longitudinal axis X.
  • the first and second are arranged alternately one after the other along the longitudinal axis. They each have a substantially parallelepiped and slender shape which extends transversely to the longitudinal axis X.
  • each of the first 13 and second 15 exchange modules has transversely extending faces 17 which are planar and parallel.
  • the exchanger further comprises separation plates 19 which are each arranged between first and second adjacent exchange modules. Each separation plate is further in contact with the first and second exchange modules which are adjacent to it.
  • Each separating plate 19 extends transversely to the longitudinal axis and preferably has flat and parallel faces.
  • the first and second exchange modules each define a first fluid circulation system 21 for the flow of the first fluid and a second fluid circulation system 23 for the flow of the second fluid.
  • the heat exchanger further comprises a supply conduit 25 of the first fluid circulation system and a supply conduit 27 of the second fluid circulation system for delivering the first and second fluids respectively into the first and second fluid circulation systems.
  • the supply conduit of the first fluid circulation system and the supply conduit of the second fluid circulation system each open at one of their ends into the inlet opening 5 of the first fluid and into the inlet opening 7 of the second fluid.
  • the supply conduit 25 of the first fluid circulation system and the supply conduit 27 of the second fluid circulation system are formed for example by holes formed in the first exchange modules and in the separation plates. They are shaped so as to be fluidically disconnected from each other, and to avoid mixing between the first and second fluids.
  • the heat exchanger further comprises a discharge conduit 29 of the first fluid circulation system and a discharge conduit 31 of the second fluid circulation system for purging the first and second fluids respectively from the first and second fluid circulation systems.
  • the discharge conduit 29 of the first fluid circulation system fluidically connects the first, respectively second, fluid circulation system to the outlet opening 9 of the first fluid, respectively to the outlet opening 11 of the second fluid.
  • the supply and discharge conduits of the first fluid circulation system and the supply and discharge conduits of the second fluid circulation system are each formed, for example, by holes formed in the first and second exchange modules and in the separation plates. They are shaped to form disconnected fluid circulation paths between the inlet openings and the openings outlet for each of the first and second fluids.
  • the heat exchanger is shaped so that the first and second fluids do not come into contact and do not mix.
  • the supply and discharge conduits of the first fluid circulation system and the supply and discharge conduits of the second fluid circulation system further open respectively into the first fluid circulation system and into the second fluid circulation system arranged in each of the first and second exchange modules respectively.
  • each of the first exchange modules is separated from the two exchange modules which are adjacent to it on either side of the longitudinal axis, by a separation plate 19 and vice versa.
  • each separation plate that is superimposed on the first fluid flow system and the second fluid flow system adjacent thereto is solid.
  • the separation plates 19 that sandwich a first exchange module 13 and that are in contact with said first exchange module fluidly isolate the first fluid circulation system 21 from the second fluid circulation systems that are formed in the adjacent second exchange modules 15, and vice versa.
  • the first and second fluids are introduced respectively through the inlet opening 5 of the first fluid and through the inlet opening 7 of the second fluid into the exchanger. They flow respectively into the supply conduit 25 of the first fluid circulation system and into the supply conduit 27 of the second fluid circulation system. They then circulate in each of the first 21 and second 23 fluid circulation systems respectively and exchange heat through the separation plate that said systems sandwich. They are then collected respectively by the discharge conduit of the first fluid circulation system and the discharge conduit of the second fluid circulation system before exiting the exchanger through the outlet opening of the first fluid and the second fluid opening respectively.
  • an exchange module 33 which can be a first exchange module 13 for the first fluid and/or a second exchange module 15.
  • the exchange module is arranged between and in contact with two separation plates 19 which separate it longitudinally from the adjacent exchange modules 35.
  • the exchange module 33 comprises a frame plate 37 which extends transversely to the longitudinal axis X.
  • the frame plate 37 has two flat and parallel faces.
  • the window 39 defines a through window 39 which passes through the thickness of the frame plate from one side to the other.
  • the window 39 thus opens out through the two opposite faces of the frame plate.
  • the exchange module 33 further comprises an inner part 41 which is housed entirely in the window.
  • the inner part 41 and the frame plate 37 are of equal thickness e.
  • the inner part 41 and the frame plate 37 are both in contact by their opposite faces with the adjacent separation plates 19.
  • the inner part 41 comprises at least one shaped plate 43.
  • a single shaped plate 43 whose thickness is equal to the thickness e of the frame plate.
  • Such an exemplary embodiment is illustrated for example in the figures 9 to 13 , which will be described later.
  • the inner part comprises a stack 45, along the longitudinal axis, of several shaped plates 43 on top of each other.
  • it comprises two shaped plates, but it can comprise a greater number.
  • the single shaped plate or each shaped plate of the stack has two flat and parallel faces. It further consists of at least one hollowed-out area 47 surrounded, at least partially, or even entirely, by a surrounding solid area 49.
  • the fluid circulation system 50 of the exchange module which is where appropriate the first 21 or the second 23 fluid circulation system, is defined by the zone(s) hollowed out 47 of the single shaped plate or stack.
  • the shaped plate 43a comprises a hollowed-out area 47 in the form of a main groove 51 and parallel transverse secondary grooves 53 which each extend from the same side of the main groove 51.
  • the other shaped plate 43b superimposed on the shaped plate 43a has a pattern substantially identical to that of the shaped plate 43a except that it is rotated by an angle of 90° relative to the longitudinal axis.
  • the superposition of the hollowed-out 47 and/or solid 49 areas of the shaped plates 43 of the plurality defines a fluid circulation system with different circulation paths which extend in the thickness and transversely in the interior part.
  • the fluidic system formed in the exchange module 33 is delimited longitudinally by the facing faces of the opposite separation plates 19 which sandwich the exchange module 33, and transversely by the solid zone(s) 49 of the shaped plate(s) 43 as well as, optionally, by the lateral face 55 of the window 39 of the frame plate 37.
  • the exchange module 33 consists of at least one shaped plate 43 consisting of at least one hollowed-out zone 47 and a surrounding solid zone 49 completely surrounding the hollowed-out zone.
  • the module 33 comprises a stack 45 of shaped plates 43 ab extending along the longitudinal axis.
  • the superposition of the hollowed-out 47 and/or solid 49 zones of the shaped plates 43 of the stack defines a fluid circulation system with different circulation paths which extend longitudinally and transversely in the exchange module 33.
  • the heat exchanger 33 may comprise exchange modules according to the first embodiment and/or according to the second embodiment. For example, all the first exchange modules are according to the first embodiment and all the second exchange modules are according to the second embodiment or vice versa.
  • the exchanger may include a groove 57, preferably of constant width, extending transversely between the inner part 41 and the frame plate 37.
  • a seal 59 preferably an O-ring, may be disposed in the groove, as illustrated in the Figure 4 The seal may project longitudinally from the groove 57, so as to be compressed by the adjacent forming plates and/or separating plates.
  • FIG. 5 illustrates an example of a stack of a heat exchanger according to the second aspect of the invention.
  • the stack is formed from three shaped plates 43 arranged in such a way that the solid area 49 of one plate is superimposed on one of the hollow areas 47 of at least one other of the plates of the stack and vice versa.
  • FIG. 5 a is a view of a longitudinal sectional plane (AA) of the stack defined by the longitudinal axis X and a transverse axis Z perpendicular to the X axis.
  • AA longitudinal sectional plane
  • the superposition of the solid zones 49 and hollow zones 47 defines a fluid circulation system 50 whose profile varies according to the position along the transverse axis Y.
  • the hollow zones of the three shaped plates are superimposed on each other and the circulation system extends entirely between the two opposite separating plates 19.
  • the hollow zone of the intermediate shaped plate is superimposed on the solid zones of the shaped plates superimposed on it.
  • the profile of the fluid circulation system thus evolves from a high thickness profile to a lower thickness profile.
  • the fluid circulation system has a profile identical to the profile at the abscissa Yi.
  • hollowed-out areas of the lower and upper shaped plates are superimposed on the solid area of the intermediate shaped plate.
  • the system comprises a main path 59 which divides into secondary paths 61 which meet downstream at the abscissa Y 5 , as indicated by the arrows F.
  • the fluid circulation system 50 thus comprises portions which extend along the thickness of the stack which are extended by portions which extend parallel to the median plane of the stack.
  • FIGS. 5 b) to 5 d) represent each of the lower, intermediate and upper shaped plates, observed along the longitudinal axis.
  • the variation profile of the fluidic system also included the variation in width, measured along the Z axis perpendicular to the longitudinal X and transverse Y axes, of the fluidic system, which also includes portions which extend along axes different from the median plane of the stack.
  • the exchange module 33 can define several fluid circulation systems 50.
  • this is achieved by providing that different portions 63,65 of a shaped plate 43 are supplied by different supply and discharge conduits.
  • the frame plate 37 comprises two windows 39 in which are housed respectively two plates of shapes 43, for example for the flow of two different fluids within the same exchange module.
  • Other examples similar to that illustrated on the Figure 6 c) are illustrated on the figures 7 to 13 .
  • THE figures 7 to 13 represent another example of a heat exchanger 1 according to the invention, adapted to separate, under the effect of the heat exchange between the first and second fluids, first and second different fluid components which constitute the first fluid.
  • first exchange modules 13 and a plurality of identical second exchange modules 15 which extend along a vertical Y axis.
  • the first and second exchange modules are arranged alternately with each other along the longitudinal X axis, which is horizontal.
  • Identical separation plates 19 are further arranged between each pair of first and second modules. It finally comprises two end plates 3 at each longitudinal end and clamping means, not illustrated, which longitudinally compress the superposition of the first and second exchange modules and separation plates.
  • the first exchange module 13 comprises a frame plate 67 provided with a through window 69 in which an interior part 71 is arranged.
  • the interior part 71 is formed from a stack 72 along the longitudinal axis of two plates of shape 73a-b, as is more particularly visible on the figure 9 .
  • the stack 72 and the frame plate 67 are of equal thickness.
  • the inner part 71 has an outer contour 75 which is homothetic to the lateral contour 77 of the window, such that it is arranged at a constant distance from the contour of the window.
  • a groove 79 is thus delimited between the inner part and the frame plate.
  • the two plates of form 73a-b are identical.
  • Each shaped plate 73a-b has a generally perpendicular shape which extends at its two ends in its length by triangular-shaped parts. It comprises a solid zone 81 which comprises a frame 83 defining a side wall of the shaped plate. The solid zone 81 further comprises lower 85 and upper 87 bands which each extend between two opposite lateral edges 89 of the shaped plate and a central portion 91 which represents more than 70% of the area of the solid zone.
  • a “lower” structure is arranged at a lower height along the vertical axis Y than an “upper” structure.
  • the central portion 91 is arranged between the lower 85 and upper 87 bands. It frames a plurality of hollowed-out zones 93 in the form of parallel straight grooves and extending along the length of the shaped plate.
  • each shaped plate 73a-b defines lower 95 and upper 97 hollowed-out areas on either side of the central portion, along the length of the frame plate.
  • These lower and upper hollowed-out portions each represent more than 10% of the shaped plate area. They extend from one lateral edge 89 to the other.
  • the superposition of the lower and upper hollowed-out areas respectively of the two shaped plates of the stack thus defines a distribution chamber 99 for the first fluid and a collection chamber 101 for the first fluid respectively.
  • Each shaped plate 73a-b is asymmetrical along a median longitudinal plane. They are arranged relative to each other in such a way that one is the image of the other by a rotation of 180° around a transverse axis Y', vertical, parallel to the length direction of said shaped plates.
  • the superposition of said shaped plates 73a-b defines a complex fluid circulation path composed of parallel channels 103 extending along the length of the inner part and winding through the thickness of the inner part, grooves of one of the shaped plates being superimposed on the central portion of the other shaped plate and vice versa.
  • Each channel 103 is supplied upstream by the distribution chamber 99 of the first fluid and opens downstream into the collection chamber 101 of the first fluid.
  • the first module comprises a sealing gasket 59 arranged in the groove.
  • the second exchange module 15, illustrated on the Figure 12 is different from the first exchange module 13.
  • It comprises a frame plate 105 provided with two through windows 107, 109 and disjointed from each other, in which two interior parts 111, 113 are arranged respectively.
  • the first inner part 111 is formed from a longitudinal stack 115 of two shaped plates 117a-b, and the second inner part 113 consists of a single shaped plate 119, as is more particularly visible in the Figure 10 .
  • the first 111 and second 113 interior pieces are of equal thickness to the frame plate 105.
  • the first and second interior pieces are each homothetic to the contours of the windows in which they are arranged and are each separated by a groove from the surrounding window in which a sealing O-ring is arranged.
  • the form plates 117a-b of the first inner part 111 are identical and asymmetrical. They are arranged relative to each other in such a way that one is the image of the other by a rotation of 180° around a transverse axis Y", vertical, parallel to the length direction of said frame plates.
  • Each form plate 117 consists of a surrounding solid area 121 which frames hollowed-out areas 123 which together delimit a serpentine-shaped groove 125 which extends between two transverse edges 127 of the form plate.
  • the groove is interrupted by reinforcements 129 transverse to the axis of extension of the groove 125.
  • the grooves of the two form plates 117a-b are superimposed on each other, thus defining a second fluid circulation system 23, in the form of a channel, for the flow of the second fluid.
  • the transverse reinforcements 129 superimposed on a hollowed-out area of the other shaped plate induce a deviation of the flow of the second fluid according to the thickness of the stack 115.
  • the second inner part 113 consists of a pentagonal shaped plate 119 with a thickness equal to the thickness of the frame plate 105.
  • the shaped plate comprises a solid zone 131 whose area is less than 20% of the area covered by the shaped plate.
  • the solid zone 131 further comprises an outer frame 133 and fingers 134 which extend perpendicularly from an edge 135 of the outer frame 133, parallel to each other. It further comprises a cord 137 which connects said edge 135 to an opposite vertex 139 of the pentagon.
  • the solid zone 131 thus surrounds two hollow zones 141 which define a third fluid circulation system 145, which may be a deflection chamber 146 as will be apparent later.
  • Each separation plate 19 which separates the first 13 and second 15 adjacent exchange modules has holes 147 which pass right through its thickness and which put the third fluid circulation system 145 in fluid connection with the first fluid circulation system 21.
  • the holes are in the form of slots which are superimposed on the spaces between the fingers 133 of the inner part 113 and on the distribution chamber 99 of the first fluid circulation system.
  • one of the end plates 3 comprises an inlet opening 5 for the first fluid and an outlet opening 9 for the first fluid for introducing the first fluid and extracting the first fluid component from the exchanger, as will be described below. It further comprises an inlet opening 7 for the second fluid and an outlet opening 11 for the second fluid for introducing and extracting the second fluid from the heat exchanger. Finally, it comprises an outlet opening 149 for the second fluid component for extracting the second fluid component from the exchanger.
  • one or more of the aforementioned inlet openings and/or outlet openings may be arranged on the other end plate.
  • the inlet opening 5 of the first fluid is extended by a supply conduit 151 of the first fluid circulation system 21 which opens into the distribution chamber 99 of the first fluid circulation system.
  • the supply conduit 151 of the first fluid circulation system is delimited by the repetition of the assembly formed by the longitudinal superposition of a through hole formed in the end plate which opens onto the inlet opening of the first fluid, of a through hole drilled in the bead of the shaped plate of the second inner part of the second exchange module, of a through hole formed in the separation plate and of a through hole formed in the inner part of the first exchange module.
  • This assembly is repeated longitudinally so that all the first exchange modules 13 are supplied in parallel with the first fluid.
  • the inner part 71 of the first exchange module 13 comprises a notch 153 formed in the upper strip which fluidically connects the supply conduit of the first fluid circulation system to the first fluid distribution chamber.
  • the outlet opening 9 of the first fluid is extended by an evacuation conduit 155 of the first fluid circulation system 21 which opens into the collection chamber 101 of the first fluid circulation system.
  • the discharge conduit 155 of the first fluid circulation system is delimited by the repetition of an assembly formed by the longitudinal superposition of a through hole provided in the end plate which opens onto the outlet opening of the first fluid, of a through hole drilled in the frame plate of the second exchange module, of a through hole formed in the separation plate. This assembly is repeated longitudinally so that all the first exchange modules are purged in parallel of the first fluid.
  • the supply duct of the second fluid circulation system opens into the second fluid circulation system. It is delimited by the superposition of an assembly formed by the longitudinal superposition of a through hole provided in and on the periphery of the end plate and which opens onto the inlet opening of the second fluid and, where appropriate, of a through hole drilled in the frame plate of the first exchange module and of a through hole formed in the separation plate. This set is repeated longitudinally so that all the second exchange modules are supplied in parallel with the second fluid.
  • the inlet opening 7 of the second fluid is extended by a supply conduit 157 of the first fluid circulation system 21.
  • the supply conduit 157 of the second fluid circulation system opens into the second fluid circulation system 23. It is delimited by the repetition of an assembly formed by the longitudinal superposition of a through hole formed in and at the periphery of the end plate 3 and which opens onto the inlet opening of the second fluid 7 and, where appropriate, of a through hole drilled in the frame plate of the first exchange module and of a through hole formed in the separation plate. This assembly is repeated longitudinally so that all the second exchange modules are supplied in parallel with the second fluid.
  • the outlet opening 11 of the second fluid is extended by an evacuation conduit 159 of the second fluid circulation system 23.
  • the discharge conduit 159 of the second fluid circulation system opens into the second fluid circulation system 23. It is delimited by the repetition of an assembly formed by the longitudinal superposition of a through hole formed in and at the periphery of the end plate 3 and which opens onto the outlet opening of the second fluid 11 and, where appropriate, of a through hole drilled in the frame plate of the first exchange module and of a through hole formed in the separation plate 19. This assembly is repeated longitudinally so that all the second exchange modules are purged of the second fluid in parallel.
  • outlet opening 149 of the second fluid component is extended by an evacuation conduit 161 of the third fluid circulation system 145.
  • the discharge conduit 161 of the third fluid circulation system opens into the third fluid circulation system. It is delimited by the superposition of an assembly formed by the longitudinal superposition of a through hole provided in the end plate and which opens onto the outlet opening of the second fluid component and, where appropriate, of a through hole drilled in the interior part of the first exchange module, and of a through hole formed in the separation plate. This assembly is repeated longitudinally so that all the second exchange modules are purged in parallel of the second fluid component.
  • the first fluid comprises a first fluid component, for example water, and a second fluid component, for example ammonia. When it enters the exchanger, the first fluid is entirely liquid.
  • the first fluid enters the heat exchanger through the first fluid inlet 5. It flows into the supply conduit 151 of the first fluid circulation system and then enters the distribution chamber 99 of the first heat exchange module 21 where it is distributed in the different parallel channels 103 of the central portion 91 towards the collection chamber 101.
  • the second fluid flows counter-currently to the first fluid. It enters the heat exchanger through the second fluid inlet opening 7 and flows into the second fluid supply conduit 157. It then enters the second exchange module 23 where it circulates in the second fluid circulation system in the form of a serpentine to the discharge conduit of the second fluid circulation system.
  • the first fluid and the second fluid exchange heat in the portions of the first and second fluid circulation systems which are longitudinally superimposed and fluidically disconnected by the separating plate 19 which separates them.
  • the amount of heat supplied to the first fluid is sufficient to induce a phase transformation, from liquid to gas, of only the second fluid component.
  • a phase transformation from liquid to gas
  • ammonia changes from liquid to gas and water remains in liquid.
  • the first fluid component accumulates in the collection chamber 101 before being discharged through the outlet opening 9 of the second fluid circulation system.
  • the second fluid component in the gaseous state flows countercurrently in the first circulation system under the effect of an Archimedes thrust in the central portion 91 of the first fluid circulation system.
  • the flow of the second fluid component is constrained by the volume of the first fluid contained in the distribution chamber 99 of the first fluid.
  • the second fluid component is then diverted through the slots 147 of the separation plate and enters the diversion chamber 146 in the second exchange module.
  • the diversion chamber 146 thus makes it possible to collect the second fluid component by bypassing the distribution zone 99 of the first fluid in order to extract it from the second exchange module via the discharge conduit of the third fluid system to the corresponding outlet opening.
  • FIG. 15 illustrates another example of a heat exchanger that differs from that shown in the figures 7 to 14 by the following characteristics.
  • Each shaped plate 73 of the inner part 71 of the first exchange module 13 comprises a central strip 162 extending between two opposite lateral edges 89 of the shaped plate.
  • the central strip is provided with a hole through which the supply conduit 151 of the first fluid opens into the first fluid circulation system 21.
  • Each shaped plate further comprises a central portion 91 which is interrupted by a distribution chamber for the first fluid in which the central strip.
  • the central strip is arranged between and at a distance from the lower 91 i and upper 91 s parts of the central portion 91.
  • a distribution chamber 99 for the first fluid is defined between the central strip and the lower central portion 91 i .
  • the second exchange module 15 comprises first 107, second 109, and third 163 windows respectively receiving first 111, second 113, and third interior rooms 165.
  • the first 107 and third 163 windows are arranged on either side of the second 109 window.
  • the second fluid circulation system 23 is formed by the first interior part 111 which is a single shaped plate 117 comprising a hollowed-out zone in the form of a coil which extends between the supply ducts 27 and evacuation ducts 31 of the second fluid circulation system.
  • the second fluid circulation system may be defined by a stack of shaped plates as described in figures 7 to 14 .
  • the second interior part 113 is a plate of rectangular and perforated shape 119, which has an external frame 133 delimiting a deflection chamber 146, superimposed on the distribution chamber 99 of the first fluid and on lower 147 i and upper 147 s through slots arranged in the separation plate 19.
  • the third inner part 165 is a shaped plate 167 having a hollowed-out area having a serpentine shape, which thus defines a fourth fluid circulation system 173.
  • the frame plate 67 of the first exchange module 13 and the separation plate 19 are provided with superimposed through holes which define supply 169 and discharge 171 conduits for a fluid flowing in the fourth fluid circulation system.
  • a first fluid being a mixture of a first fluid component, for example liquid water, and a second fluid component, for example liquid ammonia, is introduced into the first fluid circulation system 21 through the supply conduit 151 where it is distributed in the distribution chamber 99 and then flows, under the effect of gravity, towards the collection chamber 101.
  • a second fluid, hotter than the first fluid is circulated counter-currently in the second fluid circulation system 23 between the corresponding inlet 27 and outlet 29 conduits.
  • the first fluid is then heated under the effect of heat transfer with the second fluid, which induces a phase transformation of the second fluid component, for example the vaporization of the ammonia.
  • the second fluid component then rises up the lower part 91i of the central portion counter-currently to the flow of the first fluid. Its flow is then blocked by the first fluid contained in the distribution chamber 99. It is thus diverted through the lower slot 147; into the diversion chamber 146.
  • the second fluid component then rises through the deflection chamber 146 and again passes through the separation plate 19 through the upper slot 147 s . It flows then in the upper part 91 s of the central portion towards the outlet opening 149 of the second fluid component to extract the second fluid component from the exchanger.
  • a fluid for example identical to the second fluid, and colder than the second fluid component is circulated countercurrently to the second fluid component, in the fourth fluid circulation system 173 between the supply 169 and discharge 171 conduits of the fourth fluid circulation system.
  • the second fluid component is thus cooled during its flow between the third fluid circulation system 145 and the outlet 149 of the second fluid component.
  • the cooling by heat exchange with the fluid circulating in the fourth fluidic system 173 causes the condensation of the first fluid component which is thus separated from the second fluid component.
  • the first fluid component then recirculates in the liquid state under the effect of gravity through the upper part 91s then lower part 91i of the central portion to the collection chamber 101 of the first liquid.
  • the second fluid component for example ammonia
  • ammonia thus separated is of high purity.

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Abstract

Echangeur de chaleur (1) comportant :
- des premier (13) et deuxième (15) modules d'échange comportant des systèmes de circulation fluidique, et
- des plaques de séparation (19) qui déconnectent fluidiquement des systèmes de circulation fluidique adjacent,
au moins l'un des modules d'échange comportant :
- une plaque cadre (37,67,105) d'épaisseur constante comportant une fenêtre (39,69,107,109) traversante, et
- une pièce intérieure (41,71,111,113) entièrement logée dans la fenêtre et d'épaisseur égale à l'épaisseur de la plaque cadre, et consistant en
une unique ou plusieurs plaques de forme formant empilement (43) et consistant chacune en au moins une zone évidée (47,141) traversante et une zone pleine (49,131) environnante et d'épaisseur constante, le système de circulation fluidique correspondant étant formé dans la zone évidée de l'unique ou de chaque plaque de l'empilement et délimité par la ou les zones pleines environnantes et par les plaques de séparation adjacentes.

Figure imgaf001
Heat exchanger (1) comprising:
- first (13) and second (15) exchange modules comprising fluid circulation systems, and
- separation plates (19) which fluidically disconnect adjacent fluid circulation systems,
at least one of the exchange modules comprising:
- a frame plate (37,67,105) of constant thickness comprising a through window (39,69,107,109), and
- an interior part (41,71,111,113) entirely housed in the window and of thickness equal to the thickness of the frame plate, and consisting of
a single or several shaped plates forming a stack (43) and each consisting of at least one hollowed-out zone (47,141) passing through and a surrounding solid zone (49,131) of constant thickness, the corresponding fluid circulation system being formed in the hollowed-out zone of the single or each plate of the stack and delimited by the surrounding solid zone(s) and by the adjacent separation plates.
Figure imgaf001

Description

Domaine techniqueTechnical field

La présente invention concerne le domaine de l'échange de chaleur entre des fluides, en particulier mettant en oeuvre une séparation de fluide au sein d'au moins un des fluides.The present invention relates to the field of heat exchange between fluids, in particular implementing fluid separation within at least one of the fluids.

Etat de la techniqueState of the art

Afin d'optimiser le rendement d'une installation mettant en oeuvre une transformation énergétique, une attention particulière est portée à l'échangeur de chaleur qui compose cette installation.In order to optimize the performance of an installation implementing an energy transformation, particular attention is paid to the heat exchanger which makes up this installation.

L'augmentation de l'efficacité thermique d'un échangeur de chaleur a un effet direct sur les performances du cycle thermodynamique de l'installation, en réduisant la consommation énergétique primaire de cette dernière, et par conséquent les émissions et les coûts d'approvisionnement correspondants.Increasing the thermal efficiency of a heat exchanger has a direct effect on the performance of the thermodynamic cycle of the installation, reducing the latter's primary energy consumption, and consequently the emissions and corresponding supply costs.

Généralement, l'objectif d'optimisation de la performance d'un échangeur de chaleur est atteint en adoptant des solutions complexes où la géométrie originelle de la pièce est adaptée expressément à l'application spécifique à laquelle l'installation est destinée. La mise en oeuvre de telles solutions est couteuse et limite la possible réutilisation de l'échangeur pour d'autres applications.Typically, the goal of optimizing the performance of a heat exchanger is achieved by adopting complex solutions where the original geometry of the part is specifically adapted to the specific application for which the installation is intended. Implementing such solutions is costly and limits the possible reuse of the exchanger for other applications.

En outre, la pénurie progressive de matières premières, due à la consommation croissante et à l'épuisement des gisements existants, pousse à concevoir des échangeurs de chaleur avec peu de matière tout en conservant ou améliorant ses performances.In addition, the progressive shortage of raw materials, due to increasing consumption and the depletion of existing deposits, is pushing to design heat exchangers with little material while maintaining or improving their performance.

Par ailleurs, dans le cas où une séparation de phases dans l'un des fluides est recherchée lors de l'échange de chaleur, des interactions thermodynamiques peuvent s'opérer au sein de l'échangeur. Il peut alors être nécessaire d'orienter la conception de l'échangeur de chaleur afin d'optimiser soit l'échange de chaleur, soit le transfert de masse.Furthermore, in the case where phase separation in one of the fluids is sought during heat exchange, thermodynamic interactions may occur within the exchanger. It may then be necessary to orient the design of the heat exchanger in order to optimize either heat exchange or mass transfer.

Des échangeurs à tubes concentriques, à faisceau de tubes, à serpentin, à plaques, à mélange ou à ailettes sont connus. Les échangeurs de chaleur les plus répandus, en vertu des excellents coefficients d'échange thermique qu'ils permettent d'atteindre, sont les échangeurs à plaques.Concentric tube, tube bundle, coil, plate, mixing, or finned heat exchangers are known. The most widespread heat exchangers, due to the excellent heat transfer coefficients they achieve, are plate exchangers.

Les échangeurs à plaques peuvent être du type brasé ou soudé ou du type à plaques et joints.Plate heat exchangers can be of the brazed or welded type or of the plate and gasket type.

Les échangeurs à plaques soudées sont monobloc, les plaques ne pouvant plus être séparées après soudage. A l'inverse, les échangeurs à plaques et joints peuvent être démontés, puis rallongés ou raccourcis selon le besoin, ce qui permet de les adapter à l'application désirée et facilite la maintenance de l'échangeur.Welded plate heat exchangers are a single-piece design, meaning the plates cannot be separated after welding. Conversely, gasketed plate heat exchangers can be disassembled and then lengthened or shortened as needed, making them suitable for the desired application and facilitating exchanger maintenance.

L'écoulement des fluides dans l'échangeur de chaleur peut être monophasique ou diphasique. Dans le cas d'un écoulement diphasique, l'échange thermique bénéficie d'une condition très favorable, car le changement de phase se passe généralement à température constante : la différence logarithmique de température augmente donc considérablement, en réduisant la surface d'échange nécessaire.The flow of fluids in the heat exchanger can be single-phase or two-phase. In the case of two-phase flow, the heat exchange benefits from a very favorable condition, because the phase change generally occurs at a constant temperature: the logarithmic temperature difference therefore increases considerably, reducing the necessary exchange surface.

D'autres paramètres influents sur les performances des échangeurs à plaques.Other parameters influencing the performance of plate exchangers.

Les deux fluides sont séparés par une plaque de séparation, généralement métallique. La conductivité thermique de la plaque de séparation induit une résistance au transfert thermique, qui peut être réduite en diminuant l'épaisseur de cette dernière ou par l'emploi d'une plaque de séparation en un métal ayant une conductivité thermique élevée, par exemple en cuivre ou en aluminium plutôt qu'en acier.The two fluids are separated by a separating plate, usually made of metal. The thermal conductivity of the separating plate induces a resistance to heat transfer, which can be reduced by reducing its thickness or by using a separating plate made of a metal with high thermal conductivity, for example copper or aluminum rather than steel.

Une turbulence dans les systèmes de circulation fluidique de chaque fluide (chambre de distribution, chambre de collecte, canaux d'échange...) est généralement recherchée car elle augmente l'efficacité thermique de l'échangeur.Turbulence in the fluid circulation systems of each fluid (distribution chamber, collection chamber, exchange channels, etc.) is generally sought because it increases the thermal efficiency of the exchanger.

Enfin, une répartition spatiale optimale des systèmes de circulation fluidique permet aussi d'améliorer l'échange thermique.Finally, an optimal spatial distribution of fluid circulation systems also helps to improve heat exchange.

US 5,392,849 A décrit par exemple un échangeur à plaques superposées dans lequel les deux fluides s'écoulent à contre-courant l'un de l'autre. Il comporte des plaques pleines alternées à des plaques creuses où le fluide est distribué, s'écoule et est collecté avant d'être évacué hors de l'échangeur. US 5,392,849 A describes for example a superimposed plate exchanger in which the two fluids flow counter-current to each other. It comprises alternating solid plates to hollow plates where the fluid is distributed, flows and is collected before being discharged from the exchanger.

CN 104748605 A décrit un échangeur à plaques doté de microcanaux. L'échange thermique bénéficie d'un champ magnétique généré par des électrodes insérées dans une plaque. CN 104748605 A describes a plate heat exchanger with microchannels. The heat exchange benefits from a magnetic field generated by electrodes inserted into a plate.

CN 111780597 A décrit un échangeur à plaques soudées par diffusion sous vide, adapté à l'écoulement à courants croisés entre les fluides. CN 111780597 A describes a vacuum diffusion welded plate heat exchanger suitable for cross-flow between fluids.

Il existe donc un besoin pour un échangeur de chaleur adapté à un échange thermique efficace, dont la conception puisse être facilement adaptée à l'application à laquelle l'installation dans laquelle l'échangeur est intégré, et qui optionnellement soit adapté à opérer en son sein une séparation de phases au sein d'au moins un des fluides.There is therefore a need for a heat exchanger suitable for efficient heat exchange, the design of which can be easily adapted to the application to which the installation in which the exchanger is integrated, and which optionally is suitable for carrying out within it a phase separation within at least one of the fluids.

Résumé de l'inventionSummary of the invention

L'invention propose un échangeur de chaleur comportant, superposés longitudinalement les uns sur les autres :

  • une pluralité de premier et deuxième modules d'échange dans lesquels des premier et deuxième systèmes de circulation fluidique sont formés, pour la circulation de premier et deuxième fluides respectivement, et
  • une pluralité de plaques de séparation prises chacune en sandwich entre des premier et deuxième modules d'échange adjacents et au contact des premier et deuxième modules d'échange adjacents, chaque plaque de séparation déconnectant fluidiquement l'un de l'autre les premier et deuxième systèmes de circulation fluidique.
The invention proposes a heat exchanger comprising, superimposed longitudinally on each other:
  • a plurality of first and second exchange modules in which first and second fluid circulation systems are formed, for the circulation of first and second fluids respectively, and
  • a plurality of separation plates each sandwiched between adjacent first and second exchange modules and in contact with the adjacent first and second exchange modules, each separation plate fluidly disconnecting the first and second fluid circulation systems from each other.

Selon un premier aspect principal de l'invention, au moins l'un des premier et deuxième modules d'échange comporte :

  • une plaque cadre, d'épaisseur constante, comportant une fenêtre la traversant de part en part dans son épaisseur et
  • une pièce intérieure entièrement logée dans la fenêtre et d'épaisseur égale à l'épaisseur de la plaque cadre, la pièce intérieure consistant en
    1. a) une plaque de forme consistant en au moins une zone évidée traversant l'épaisseur de la plaque de forme de part en part et en une zone pleine environnante et d'épaisseur constante, le système de circulation fluidique correspondant étant formé dans la zone évidée et délimité transversalement par la zone pleine environnante et longitudinalement par les plaques de séparation adjacentes audit module,
      ou
    2. b) un empilement de plaques de forme, au moins une, de préférence chacune des plaques de forme consistant en au moins une zone évidée traversant l'épaisseur de la plaque de forme de part en part et en une zone pleine environnante et d'épaisseur constante, le système de circulation fluidique correspondant étant défini par les zones évidées de l'empilement et délimité transversalement par les zones environnantes pleines et longitudinalement par les plaques de séparation adjacentes audit module d'échange correspondant.
According to a first main aspect of the invention, at least one of the first and second exchange modules comprises:
  • a frame plate, of constant thickness, comprising a window passing right through its thickness and
  • an interior part entirely housed in the window and of thickness equal to the thickness of the frame plate, the interior part consisting of
    1. (a) a shaped plate consisting of at least one hollowed-out area passing through the thickness of the shaped plate from one side to the other and a surrounding solid area of constant thickness, the corresponding fluid circulation system being formed in the hollowed-out area and delimited transversely by the surrounding solid area and longitudinally by the separation plates adjacent to said module,
      Or
    2. b) a stack of shaped plates, at least one, preferably each of the shaped plates consisting of at least one hollowed-out area passing through the thickness of the shaped plate from one side to the other and a surrounding solid area of constant thickness, the corresponding fluid circulation system being defined by the hollowed-out areas of the stack and delimited transversely by the surrounding solid areas and longitudinally by the separation plates adjacent to said corresponding exchange module.

L'échangeur selon le premier aspect principal de l'invention est facilement adaptable à l'application à laquelle il est destiné. En outre, il est de maintenance aisée. La plaque cadre définit un logement dans lequel différents types de plaques de forme ou d'empilements de plaques de formes peuvent être logés. Ainsi, une plaque de forme usagée peut être remplacée tout en maintenant la plaque cadre en place si cette dernière est encore en bon état de fonctionnement. Par ailleurs, lorsque l'échangeur est appelé à être intégré à une installation pour laquelle l'application est différente de celle initialement envisagée, on peut concevoir une plaque de forme ou un empilement de plaques de forme avec un système de circulation fluidique de forme spécifiquement adaptée à l'application, sans qu'il ne soit nécessaire de modifier la plaque de séparation et/ou la plaque cadre.The exchanger according to the first main aspect of the invention is easily adaptable to the application for which it is intended. In addition, it is easy to maintain. The frame plate defines a housing in which different types of shaped plates or stacks of shaped plates can be housed. Thus, a used shaped plate can be replaced while keeping the frame plate in place if the latter is still in good working order. Furthermore, when the exchanger is to be integrated into an installation for which the application is different from that initially envisaged, it is possible to design a shaped plate or a stack of shaped plates with a fluid circulation system of a shape specifically adapted to the application, without it being necessary to modify the separation plate and/or the frame plate.

Par ailleurs, la plaque de forme ou l'empilement de plaques de forme peuvent être obtenues à partir de techniques de découpe plus simples à mettre en oeuvre et moins coûteuses que les techniques d'usinage ou d'emboutissage habituellement utilisées pour produire les échangeurs de chaleur de l'art antérieur.Furthermore, the shaped plate or the stack of shaped plates can be obtained from cutting techniques that are simpler to implement and less expensive than the machining or stamping techniques usually used to produce the heat exchangers of the prior art.

Dans la variante où la pièce intérieure est un empilement de plaques de forme, chaque plaque de forme présente une épaisseur inférieure à la plaque cadre. Par exemple, chaque plaque de forme présente une faible épaisseur, permettant un transfert thermique optimal sans qu'il ne soit requis qu'elle participe à la résistance mécanique de l'échangeur thermique, cette fonction étant assurée par la plaque cadre d'épaisseur plus élevée.In the variant where the inner part is a stack of shaped plates, each shaped plate has a thickness less than the frame plate. For example, each shaped plate has a low thickness, allowing optimal heat transfer without it being required to contribute to the mechanical strength of the heat exchanger, this function being provided by the frame plate of greater thickness.

Sauf mention contraire, l'épaisseur d'un composant, par exemple une plaque ou un module d'échange, est définie et mesurée selon l'axe longitudinal de l'échangeur de chaleur.Unless otherwise stated, the thickness of a component, for example a plate or an exchange module, is defined and measured along the longitudinal axis of the heat exchanger.

De préférence, le contour de la fenêtre et le contour extérieur de la pièce intérieure, dans au moins un plan de coupe transversal, étant homothétiques l'un de l'autre, de manière à faciliter l'assemblage du module d'échange lors de la fabrication ou la maintenance de l'échangeur de chaleur.Preferably, the outline of the window and the outer outline of the inner part, in at least one transverse section plane, being homothetic to each other, so as to facilitate the assembly of the exchange module during the manufacture or maintenance of the heat exchanger.

De préférence, l'échangeur de chaleur comporte une gorge séparant la plaque cadre et la pièce intérieure l'une de l'autre, la largeur de la gorge étant de préférence constante. La gorge peut ceinturer entièrement le pourtour de la pièce intérieure.Preferably, the heat exchanger comprises a groove separating the frame plate and the inner part from each other, the width of the groove preferably being constant. The groove may completely surround the periphery of the inner part.

De préférence, l'échangeur de chaleur comporte un joint d'étanchéité, de préférence torique, disposé dans la gorge, et qui est comprimé par les plaques de séparation adjacentes. Ainsi, l'étanchéité entre les plaques de séparation et le module d'échange correspondant est renforcée, ce qui réduit le risque de fuite de fluide. En outre, le joint peut facilement être ôté lors d'un remplacement ou d'un changement de la pièce intérieure.Preferably, the heat exchanger has a seal, preferably an O-ring, arranged in the groove and compressed by the adjacent separating plates. This reinforces the seal between the separating plates and the corresponding exchange module, reducing the risk of fluid leakage. In addition, the seal can easily be removed when replacing or changing the inner part.

Le joint d'étanchéité peut être extrudé ou surmoulé. Il peut être en un matériau polymère, par exemple choisi parmi l'éthylène propylène diène-monomère (EPDM), ou en polytrétrafluoroéthylène (PTFE). Il peut présenter une dureté Shore comprise entre 70 et 80.The gasket can be extruded or overmolded. It can be made of a polymer material, for example chosen from ethylene propylene diene monomer (EPDM), or polytetrafluoroethylene (PTFE). It can have a Shore hardness of between 70 and 80.

En variante, la pièce intérieure peut être fixée, par exemple collée, brasée ou soudée, notamment par soudage-diffusion, sur la plaque cadre.Alternatively, the inner part can be fixed, for example glued, brazed or welded, in particular by diffusion welding, to the frame plate.

La plaque cadre et la ou les plaques de forme peuvent être en des matériaux différents. Il est par exemple possible de choisir un matériau présentant de faibles propriétés mécaniques et de bonnes propriétés thermiques pour former la ou les plaques de forme.The frame plate and the form plate(s) can be made of different materials. For example, it is possible to choose a material with low mechanical properties and good thermal properties to form the form plate(s).

En particulier, la plaque cadre peut être en matériau ayant un module d'élasticité et/ou une résistance à rupture supérieurs au module d'élasticité et/ou à la résistance à rupture, respectivement, du matériau constitutif de la ou des plaques de forme. Ainsi, la plaque de cadre contribue plus à la rigidité et/ou à la résistance mécanique de l'échangeur que la pièce intérieure.In particular, the frame plate may be made of a material having a modulus of elasticity and/or a breaking strength greater than the modulus of elasticity and/or the breaking strength, respectively, of the constituent material of the shaped plate(s). Thus, the frame plate contributes more to the rigidity and/or the mechanical strength of the exchanger than the inner part.

La zone pleine de la ou de chaque plaque de forme et la plaque cadre peuvent présenter des rugosités de surface différentes.The solid area of the or each form plate and the frame plate may have different surface roughnesses.

La plaque cadre et/ou la ou les plaques de formes peuvent être métalliques, par exemple en un acier, notamment inoxydable, ou à base d'aluminium, de cuivre ou de titane.The frame plate and/or the shape plate(s) may be metallic, for example made of steel, particularly stainless steel, or made of aluminium, copper or titanium.

La ou les plaques de forme peuvent comporter un matériau catalyseur d'une réaction chimique au contact d'un composant du premier et/ou du deuxième fluide.The shaped plate(s) may comprise a material that catalyzes a chemical reaction upon contact with a component of the first and/or second fluid.

La plaque cadre ayant notamment pour fonction d'assurer l'espacement entre deux plaques de séparation consécutives, elle peut présenter une faible conductivité thermique, par exemple inférieure à 50 W.m-1.K-1, pour éviter de participer au transfert thermique.The frame plate having in particular the function of ensuring the spacing between two consecutive separation plates, it can have a low thermal conductivity, for example less than 50 Wm -1 .K -1 , to avoid participating in the heat transfer.

Par ailleurs, le deuxième module d'échange peut comporter un troisième système de circulation fluidique déconnecté fluidiquement du deuxième système de circulation fluidique, les deuxième et troisième systèmes de circulation fluidique étant définis par des portions différentes de la ou des zones évidées de la pièce intérieure correspondante. Avantageusement, une même pièce intérieure peut définir des zones d'écoulement différentes et dissociées pour différents fluides.Furthermore, the second exchange module may comprise a third fluid circulation system fluidically disconnected from the second fluid circulation system, the second and third fluid circulation systems being defined by different portions of the hollowed-out zone(s) of the corresponding interior part. Advantageously, the same interior part may define different and separate flow zones for different fluids.

En variante, le deuxième module d'échange peut comporter un troisième système de circulation fluidique fluidiquement déconnecté du deuxième système de circulation fluidique, la plaque cadre correspondante comportant une deuxième fenêtre dans laquelle est disposée une deuxième pièce intérieure qui délimite le troisième système de circulation fluidique.Alternatively, the second exchange module may comprise a third fluid circulation system fluidically disconnected from the second fluid circulation system, the corresponding frame plate comprising a second window in which a second interior part is arranged which delimits the third fluid circulation system.

Par ailleurs, selon un deuxième aspect principal de l'invention, au moins l'un des premier et deuxième modules d'échange comporte :

  • un empilement de plaques de forme superposées les unes sur les autres selon un axe longitudinal, chaque plaque de forme consistant en au moins une zone évidée traversant l'épaisseur de la plaque de forme de part en part et en une zone pleine environnante et
  • d'épaisseur constante, le système de circulation fluidique correspondant étant défini par les zones évidées de l'empilement et s'étendant longitudinalement entre les plaques de séparation adjacentes au module d'échange correspondant,
  • au moins une partie de la zone évidée d'une des plaques de forme de l'empilement étant superposée à une zone pleine d'une autre plaque de forme adjacente de l'empilement, et vice versa.
Furthermore, according to a second main aspect of the invention, at least one of the first and second exchange modules comprises:
  • a stack of shaped plates superimposed on each other along a longitudinal axis, each shaped plate consisting of at least one hollowed-out area passing through the thickness of the shaped plate from one side to the other and a surrounding solid area and
  • of constant thickness, the corresponding fluid circulation system being defined by the hollowed-out areas of the stack and extending longitudinally between the separation plates adjacent to the corresponding exchange module,
  • at least a portion of the hollowed-out area of one of the shaped plates of the stack being superimposed on a solid area of another adjacent shaped plate of the stack, and vice versa.

L'échangeur de chaleur selon le deuxième aspect principal de l'invention définit ainsi, par un simple empilement des plaques de forme entre deux plaques de séparation adjacentes et dans le plan et/ou dans l'épaisseur de l'empilement, un système de circulation fluidique de forme complexe bidimensionnelle ou, de préférence, tridimensionnelle.The heat exchanger according to the second main aspect of the invention thus defines, by a simple stacking of the shaped plates between two adjacent separation plates and in the plane and/or in the thickness of the stack, a fluid circulation system of complex two-dimensional or, preferably, three-dimensional shape.

Contrairement à l'art antérieur, ou elle nécessite un usinage complexe et coûteux, voire est impossible à obtenir, selon l'invention, une tel système de circulation fluidique peut être obtenu facilement et à moindre coût, les plaques de forme étant de fabrication aisée comme mentionné ci-dessus. L'invention s'affranchit en outre des limitations rencontrées dans les échangeurs à plaques embouties de l'art antérieur, où les canaux ont une géométrie définie par la forme des reliefs emboutis.Unlike the prior art, where it requires complex and expensive machining, or is even impossible to obtain, according to the invention, such a fluid circulation system can be obtained easily and at low cost, the shaped plates being easy to manufacture as mentioned above. The invention also overcomes the limitations encountered in the stamped plate exchangers of the prior art, where the channels have a geometry defined by the shape of the stamped reliefs.

De préférence, le système de circulation fluidique présente, dans au moins un plan de coupe longitudinal, des profils différents en au moins deux positions différentes le long de l'axe transversal dudit plan de coupe, perpendiculaire à l'axe longitudinal.Preferably, the fluid circulation system has, in at least one longitudinal sectional plane, different profiles in at least two different positions along the transverse axis of said sectional plane, perpendicular to the longitudinal axis.

En particulier, le profil en une position selon ledit axe transversal peut comporter le rang de la ou des zones évidées dans l'empilement et/ou la hauteur du système de circulation fluidique en ladite position et/ou le nombre de zones évidées en ladite position.In particular, the profile in a position along said transverse axis may comprise the rank of the hollowed-out zone(s) in the stack and/or the height of the fluid circulation system in said position and/or the number of hollowed-out zones in said position.

Le système de circulation fluidique peut comporter des portions qui s'étendent selon des axes différents. Il peut comporter au moins deux portions qui s'étendent selon des axes contenus dans un plan transversal et qui sont différents l'un de l'autre. Il peut comporter au moins deux portions qui s'étendent selon des axes contenus dans un plan longitudinal et qui sont différents l'une de l'autre.The fluid circulation system may comprise portions that extend along different axes. It may comprise at least two portions that extend along axes contained in a transverse plane and that are different from each other. It may comprise at least two portions that extend along axes contained in a longitudinal plane and that are different from each other.

Un plan longitudinal contient l'axe longitudinal. Un plan transversal est défini par deux axes transversaux qui sont chacun perpendiculaires à l'axe longitudinal. Un plan transversal est donc perpendiculaire à un plan longitudinal.A longitudinal plane contains the longitudinal axis. A transverse plane is defined by two transverse axes that are each perpendicular to the longitudinal axis. A transverse plane is therefore perpendicular to a longitudinal plane.

Le système de circulation fluidique peut comporter au moins un chemin principal qui se divise à l'amont en plusieurs chemins secondaires qui se rejoignent à l'aval. Ainsi, le fluide circulant dans le système de circulation fluidique peut suivre différents trajets à l'intérieur du module d'échange correspondant. Ceci permet de varier les conditions fluidiques de l'écoulement en changeant la forme de la section de passage du système de circulation fluidique le long de son parcours. Il est ainsi possible de générer une séparation de phase à l'intérieur de chaque chemin secondaire et/ou un auto-équilibrage des pressions et/ou des débits de fluide entre les chemins secondaires.The fluid circulation system may comprise at least one main path which divides upstream into several secondary paths which join downstream. Thus, the fluid circulating in the fluid circulation system may follow different paths inside the corresponding exchange module. This makes it possible to vary the fluidic conditions of the flow by changing the shape of the passage section of the circulation system. fluidic along its path. It is thus possible to generate phase separation within each secondary path and/or self-balancing of pressures and/or fluid flow rates between the secondary paths.

Le système d'écoulement fluidique peut comporter, lorsqu'observé dans un plan de coupe longitudinal, une portion méandriforme s'étendant entre les plaques de séparation adjacentes.The fluid flow system may include, when viewed in a longitudinal sectional plane, a meandering portion extending between adjacent divider plates.

La longueur et/ou la largeur des plaques de forme et des plaques de séparation peuvent être égales.The length and/or width of the form plates and the separation plates may be equal.

Selon un troisième aspect principal de l'invention, le premier fluide comporte des premier et deuxième composants fluides différents, et chaque plaque de séparation délimite longitudinalement le système de circulation du module d'échange duquel lesdites plaques de séparation sont en contact. Chacun des deuxièmes modules d'échange comporte en outre un troisième système de circulation fluidique, déconnecté fluidiquement du deuxième système de circulation fluidique,

  • les premier et troisième systèmes de circulation fluidique étant connectés fluidiquement à travers la plaque de séparation correspondante,
  • l'échangeur de chaleur étant configuré pour induire un changement de phase du deuxième composant fluide sous l'effet de l'échange de chaleur entre les premier et deuxième fluides, et pour diriger l'écoulement du premier composant fluide hors de l'échangeur à travers le premier système de circulation fluidique et l'écoulement du deuxième composant fluide hors de l'échangeur à travers le troisième système de circulation fluidique.
According to a third main aspect of the invention, the first fluid comprises different first and second fluid components, and each separation plate longitudinally delimits the circulation system of the exchange module with which said separation plates are in contact. Each of the second exchange modules further comprises a third fluid circulation system, fluidically disconnected from the second fluid circulation system,
  • the first and third fluid circulation systems being fluidly connected through the corresponding separation plate,
  • the heat exchanger being configured to induce a phase change of the second fluid component under the effect of the heat exchange between the first and second fluids, and to direct the flow of the first fluid component out of the exchanger through the first fluid circulation system and the flow of the second fluid component out of the exchanger through the third fluid circulation system.

L'échangeur de chaleur selon le troisième aspect principal de l'invention présente l' avantage d'une grande compacité, l'échange thermique et la séparation de phase s'effectuant au sein des premier et deuxième modules d'échange.The heat exchanger according to the third main aspect of the invention has the advantage of great compactness, the heat exchange and phase separation taking place within the first and second exchange modules.

De préférence, l'échangeur comporte un conduit d'alimentation du premier système de circulation fluidique débouchant dans une ouverture d'entrée du premier fluide et un conduit d'évacuation du premier fluide débouchant dans une ouverture de sortie du premier fluide, le troisième système de circulation fluidique étant plus proche de ladite ouverture d'entrée du premier fluide que de l'ouverture de sortie du premier fluide. Lorsque le premier fluide entre plus froid dans le premier module d'échange qu'il n'en ressort, le troisième système de circulation fluidique est alors plus proche de la zone la plus froide du premier module d'échange, ce qui facilite le refroidissement, et par exemple la liquéfaction du deuxième composant fluide.Preferably, the exchanger comprises a supply conduit of the first fluid circulation system opening into an inlet opening of the first fluid and a discharge conduit of the first fluid opening into an outlet opening of the first fluid, the third fluid circulation system being closer to said inlet opening of the first fluid than to the outlet opening of the first fluid. When the first fluid enters the first exchange module colder than it leaves, the third system fluid circulation is then closer to the coldest zone of the first exchange module, which facilitates cooling, and for example the liquefaction of the second fluid component.

De préférence, l'échangeur est configuré pour que le deuxième composant fluide, après avoir changé d'état, s'écoule à contre-courant du premier fluide dans le premier système de circulation fluidique en direction du troisième système de circulation fluidique. Par exemple, le deuxième composant fluide, qui est passé de l'état liquide à l'état gazeux sous l'effet de l'échange de chaleur avec le deuxième fluide, s'écoule à l'état gazeux à l'encontre de l'écoulement du premier fluide qui contient le deuxième composant liquide à l'état liquide.Preferably, the exchanger is configured so that the second fluid component, after changing state, flows countercurrently to the first fluid in the first fluid circulation system toward the third fluid circulation system. For example, the second fluid component, which has changed from the liquid state to the gaseous state under the effect of the heat exchange with the second fluid, flows in the gaseous state against the flow of the first fluid which contains the second liquid component in the liquid state.

L'échangeur de chaleur comporte de préférence un conduit d'évacuation du troisième système de circulation fluidique pour purger le deuxième composant fluide hors de l'échangeur.The heat exchanger preferably includes a third fluid circulation system discharge conduit for purging the second fluid component from the exchanger.

Selon une variante, au moins l'un des premier et deuxième modules d'échange consiste en une plaque de forme consistant en au moins une zone évidée traversant l'épaisseur de la plaque de forme de part en part et en une zone pleine environnante et d'épaisseur constante, le premier système de circulation fluidique d'une part ou le deuxième système de circulation fluidique et/ou le troisième système de circulation fluidique d'autre part étant formé(s) respectivement dans la zone évidée et délimité(s) transversalement par la zone pleine environnante et longitudinalement par les plaques de séparation adjacentes audit module.According to a variant, at least one of the first and second exchange modules consists of a shaped plate consisting of at least one hollowed-out zone passing through the thickness of the shaped plate from one side to the other and a surrounding solid zone of constant thickness, the first fluid circulation system on the one hand or the second fluid circulation system and/or the third fluid circulation system on the other hand being formed respectively in the hollowed-out zone and delimited transversely by the surrounding solid zone and longitudinally by the separation plates adjacent to said module.

Selon une autre variante, au moins l'un des premier et deuxième modules d'échange consiste en une plaque cadre, d'épaisseur constante, comportant une fenêtre la traversant de part en part dans son épaisseur et
une pièce intérieure entièrement logée dans la fenêtre et d'épaisseur égale à l'épaisseur de la plaque cadre, la pièce intérieure consistant en

  1. a) une plaque de forme consistant en au moins une zone évidée traversant l'épaisseur de la plaque de forme de part en part et en une zone pleine environnante d'épaisseur constante, le premier système de circulation fluidique ou le deuxième système de circulation fluidique et/ou le troisième système de circulation fluidique respectivement étant formé(s) dans la zone évidée et délimité transversalement par la zone pleine environnante et longitudinalement par les plaques de séparation adjacentes audit module,
    ou
  2. b) un empilement de plaques de forme, au moins une, de préférence chacune des plaques de forme consistant en au moins une zone évidée traversant l'épaisseur de la plaque de forme de part en part et en une zone pleine environnante et d'épaisseur constante, le premier système de circulation fluidique d'une part ou le deuxième système de circulation fluidique et/ou le troisième système de circulation fluidique d'autre part étant défini(s) respectivement par les zones évidées de l'empilement et délimité(s) transversalement par les zones environnantes pleines et longitudinalement par les plaques de séparation adjacentes audit module.
According to another variant, at least one of the first and second exchange modules consists of a frame plate, of constant thickness, comprising a window passing right through its thickness and
an interior part entirely housed in the window and of thickness equal to the thickness of the frame plate, the interior part consisting of
  1. (a) a shaped plate consisting of at least one hollowed-out area passing through the thickness of the shaped plate from one side to the other and a surrounding solid area of constant thickness, the first fluid circulation system or the second fluid circulation system and/or the third fluid circulation system respectively being formed in the hollowed-out area and delimited transversely by the surrounding solid area and longitudinally by the separating plates adjacent to said module,
    Or
  2. b) a stack of shaped plates, at least one, preferably each of the shaped plates consisting of at least one hollowed-out area passing through the thickness of the shaped plate from one side to the other and a surrounding solid area of constant thickness, the first fluid circulation system on the one hand or the second fluid circulation system and/or the third fluid circulation system on the other hand being defined respectively by the hollowed-out areas of the stack and delimited transversely by the surrounding solid areas and longitudinally by the separation plates adjacent to said module.

Les caractéristiques des différents aspects principaux de l'invention, optionnels ou non, ainsi que les caractéristiques optionnelles présentées ci-dessus et celles de la description suivante peuvent être combinées entre elles.The features of the various main aspects of the invention, optional or not, as well as the optional features presented above and those of the following description can be combined with each other.

De préférence, quel que soit l'aspect principal de l'invention considéré, l'échangeur de chaleur peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes.Preferably, regardless of the main aspect of the invention considered, the heat exchanger may comprise one or more of the following optional features.

Les premiers et deuxièmes modules d'échange sont de préférence disposés alternativement l'un à la suite de l'autre selon l'axe longitudinal.The first and second exchange modules are preferably arranged alternately one after the other along the longitudinal axis.

De préférence, la zone évidée est formée par découpe.Preferably, the recessed area is formed by cutting.

De préférence, elle est formée par découpe par faisceau laser, par découpe par jet d'eau, ou par poinçonnage. De préférence, la zone évidée est formée par découpe par faisceau laser.Preferably, it is formed by laser beam cutting, water jet cutting, or punching. Preferably, the recessed area is formed by laser beam cutting.

Les premier et deuxième systèmes de circulation fluidique sont de préférence délimités longitudinalement par les plaques de séparation qui prennent en sandwich les premier et deuxième modules d'échange adjacents respectivement et qui sont au contact desdits premier et deuxième modules d'échange respectivement.The first and second fluid circulation systems are preferably longitudinally delimited by the separation plates which sandwich the first and second adjacent exchange modules respectively and which are in contact with said first and second exchange modules respectively.

Au moins l'un, de préférence chacun des premier, deuxième et le cas échéant, troisième systèmes de circulation fluidique comporte au moins un canal, de préférence une pluralité de canaux, et/ou une chambre de distribution de fluide pour alimenter en fluide le ou les canaux et/ou une chambre de collecte dans lequel le ou les canaux débouchent à leur aval.At least one, preferably each of the first, second and, where appropriate, third fluid circulation systems comprises at least one channel, preferably a plurality of channels, and/or a fluid distribution chamber for supplying fluid to the channel(s) and/or a collection chamber into which the channel(s) open downstream.

Les canaux peuvent s'étendre parallèlement les uns aux autres, par exemple parallèlement à la longueur de la pièce intérieure. En variante, le ou les canaux peuvent former un serpentin qui s'étend dans le plan médian de la pièce intérieure.The channels may extend parallel to each other, for example parallel to the length of the interior part. Alternatively, the channel(s) may form a serpentine that extends in the median plane of the interior part.

La ou les plaques de forme et/ou la plaque de séparation et/ou la plaque cadre sont de préférence planes et présentent des faces parallèles.The form plate(s) and/or the separation plate and/or the frame plate are preferably flat and have parallel faces.

La plaque de séparation peut présenter une épaisseur inférieure ou égale à 2,0 mm, afin de maximiser les échanges thermique, et optionnellement supérieure ou égale à 0,5 mm.The separation plate can have a thickness less than or equal to 2.0 mm, in order to maximize thermal exchanges, and optionally greater than or equal to 0.5 mm.

La plaque de séparation peut présenter une rugosité adaptée à faciliter l'établissement d'un écoulement turbulent du premier fluide ou du deuxième fluide.The separation plate may have a roughness suitable for facilitating the establishment of a turbulent flow of the first fluid or the second fluid.

La plaque cadre peut présenter une épaisseur comprise entre 1 et 10 mm.The frame plate can have a thickness between 1 and 10 mm.

De préférence, chaque plaque de forme de l'empilement peut présenter une épaisseur inférieure à 3 mm, voire inférieure à 2 mm, voire inférieure à 1 mm.Preferably, each shaped plate of the stack may have a thickness of less than 3 mm, or even less than 2 mm, or even less than 1 mm.

Les plaques de forme peuvent présenter une épaisseur identique.The shaped plates can have the same thickness.

L'empilement peut comporter au moins deux plaques de forme identiques. De préférence, les plaques de forme identiques sont chacune dissymétriques, une des plaques de forme étant disposées de façon symétrique de l'autre plaque de forme par rapport à un plan longitudinal.The stack may comprise at least two identically shaped plates. Preferably, the identically shaped plates are each asymmetrical, one of the shaped plates being arranged symmetrically to the other shaped plate with respect to a longitudinal plane.

Par « dissymétrique », on entend qu'une plaque comporte au plus un unique plan de symétrie longitudinal. Ainsi, une plaque dissymétrique peut être symétrique par rapport à un plan médian transversal.By "asymmetric" we mean that a plate has at most a single longitudinal plane of symmetry. Thus, an asymmetric plate can be symmetrical about a transverse median plane.

Dans une variante, au moins deux plaques de forme de l'empilement sont différentes.In one variant, at least two shaped plates of the stack are different.

L'empilement peut comporter plus de deux, voire plus de cinq, voire plus de dix plaques de forme. Un nombre élevé de plaques de forme permet d'affiner la forme du système de circulation fluidique.The stack can consist of more than two, or even more than five, or even more than ten shaped plates. A high number of shaped plates allows the shape of the fluid circulation system to be refined.

La plaque de séparation d'une part et la ou les plaques de forme, et/ou, le cas échéant, la plaque cadre d'autre part, peuvent être en des matériaux différents.The separation plate on the one hand and the form plate(s), and/or, where appropriate, the frame plate on the other hand, may be made of different materials.

De préférence, les plaques de séparation présentent une épaisseur inférieure à l'épaisseur de chacun des premier modules d'échange et/ou à l'épaisseur de chacun des deuxièmes modules d'échange.Preferably, the separation plates have a thickness less than the thickness of each of the first exchange modules and/or the thickness of each of the second exchange modules.

De préférence, l'échangeur comporte des plaques terminales disposées longitudinalement aux extrémités de l'échangeur et qui prennent en sandwich la pluralité de premier et deuxième modules d'échange et la pluralité de plaques de séparations.Preferably, the exchanger comprises end plates arranged longitudinally at the ends of the exchanger and which sandwich the plurality of first and second exchange modules and the plurality of separation plates.

De préférence, une et/ou l'autre des plaques terminales comportent une ouverture d'entrée du premier fluide et/ou une ouverture de sortie du premier fluide et/ou une ouverture d'entrée du deuxième fluide et/ou une ouverture de sortie du deuxième fluide et/ou, le cas échéant, une ouverture de sortie du deuxième composant fluide.Preferably, one and/or the other of the end plates comprises an inlet opening for the first fluid and/or an outlet opening for the first fluid and/or an inlet opening for the second fluid and/or an outlet opening for the second fluid and/or, where appropriate, an outlet opening for the second fluid component.

De préférence, les premiers modules d'échange sont tous identiques et/ou les deuxièmes modules d'échange sont tous identiques. Cela facilite la fabrication et la maintenance de l'échangeur de chaleur.Preferably, the first exchange modules are all identical and/or the second exchange modules are all identical. This facilitates the manufacture and maintenance of the heat exchanger.

L'échangeur de chaleur peut être du type soudé. Notamment, les premiers modules d'échange et/ou les deuxième modules d'échange peuvent être soudés sur les plaques de séparation.The heat exchanger may be of the welded type. In particular, the first exchange modules and/or the second exchange modules may be welded onto the separation plates.

Selon une variante préférée, l'échangeur de chaleur est du type « à joints », ce qui facilite sa maintenance, par exemple en ne remplaçant que la ou les plaques de séparation, plaques de forme ou plaques cadre usagées.According to a preferred variant, the heat exchanger is of the "gasketed" type, which facilitates its maintenance, for example by only replacing the used separation plate(s), form plate(s) or frame plate(s).

De préférence, l'échangeur de chaleur comporte un moyen de compression pour comprimer les premiers et deuxièmes modules d'échange et les plaques de séparation de manière à assurer l'étanchéité de chacun des premier, deuxième et, le cas échéant, système de circulation fluidique. Les plaques terminales peuvent être munies de perçages, et l'échangeur comporte des tiges de liaison engagées dans les perçages et qui relient les plaques terminales. Les tiges de liaison sont boulonnées sur les plaques terminales et compriment ladite superposition.Preferably, the heat exchanger comprises compression means for compressing the first and second exchange modules and the separation plates so as to ensure the sealing of each of the first, second and, where appropriate, fluid circulation systems. The end plates may be provided with holes, and the exchanger comprises connecting rods engaged in the holes and which connect the end plates. The connecting rods are bolted onto the end plates and compress said superposition.

L'invention concerne encore un procédé de transfert de chaleur comportant

  • la fourniture de l'échangeur de chaleur selon le troisième aspect principal de l'invention,
  • la circulation d'un premier fluide et d'un deuxième fluide dans les premier et deuxième systèmes de circulation fluidique, le premier fluide comportant des premier et deuxième composants fluides,
  • l'échange de chaleur entre les premier et deuxièmes fluides et le changement de phase du deuxième composant fluide résultant de l'échauffement ou du refroidissement du premier fluide lors de l'échange de chaleur,
  • l'écoulement du deuxième composant fluide hors de l'échangeur de chaleur à travers le troisième système de circulation fluidique.
The invention also relates to a heat transfer method comprising
  • the provision of the heat exchanger according to the third main aspect of the invention,
  • the circulation of a first fluid and a second fluid in the first and second fluid circulation systems, the first fluid comprising first and second fluid components,
  • the heat exchange between the first and second fluids and the phase change of the second fluid component resulting from the heating or cooling of the first fluid during the heat exchange,
  • the flow of the second fluid component out of the heat exchanger through the third fluid circulation system.

De préférence, l'écoulement du deuxième composant fluide dont l'état a changé par suite du changement de phase, s'opère à contre-courant de l'écoulement du premier fluide dans le premier système de circulation fluidique.Preferably, the flow of the second fluid component, the state of which has changed as a result of the phase change, occurs counter-currently to the flow of the first fluid in the first fluid circulation system.

Le procédé peut comporter le refroidissement du deuxième composant fluide après la sortie du troisième de circulation fluidique et préalablement à l'écoulement du deuxième composant fluide hors de l'échangeur de chaleur.The method may include cooling the second fluid component after the third fluid component leaves the heat exchanger and prior to the second fluid component flowing out of the heat exchanger.

De préférence, le premier fluide est introduit à l'état liquide dans le premier système de circulation fluidique, et le deuxième composant est à l'état gazeux après le changement de phase sous l'effet de l'échauffement du premier fluide par transfert de chaleur avec le deuxième fluide. Le premier composant fluide est de préférence maintenu à l'état liquide lors de son écoulement dans le premier système de circulation fluidique.Preferably, the first fluid is introduced in the liquid state into the first fluid circulation system, and the second component is in the gaseous state after the phase change due to the heating of the first fluid by heat transfer with the second fluid. The first fluid component is preferably maintained in the liquid state during its flow in the first fluid circulation system.

En particulier, le premier composant fluide peut être de l'eau et le deuxième composant fluide peut être de l'ammoniaque. Le deuxième fluide peut être de l'eau, notamment glycolée, ou de l'huile.In particular, the first fluid component may be water and the second fluid component may be ammonia. The second fluid may be water, in particular glycolated water, or oil.

Le premier fluide et le deuxième fluide peuvent s'écouler à contre-courant dans les premier et deuxième systèmes de circulation fluidique, afin de maximiser l'échange thermique entre eux.The first fluid and the second fluid may flow countercurrently in the first and second fluid circulation systems, in order to maximize the heat exchange between them.

L'invention concerne aussi une installation thermodynamique comportant un échangeur selon l'invention, notamment selon le troisième aspect de l'invention.The invention also relates to a thermodynamic installation comprising an exchanger according to the invention, in particular according to the third aspect of the invention.

Elle concerne enfin l'utilisation de l'installation thermodynamique selon l'invention pour :

  • la séparation de phases par évaporation du deuxième composant, par exemple dans le domaine pétrochimique, ou
  • la séparation de phases par condensation du deuxième composant, par exemple dans le domaine de la gazéification, ou
  • l'échange de masse, notamment par absorption/désorption, couplée à l'échange thermique.
Finally, it concerns the use of the thermodynamic installation according to the invention for:
  • phase separation by evaporation of the second component, for example in the petrochemical field, or
  • phase separation by condensation of the second component, for example in the field of gasification, or
  • mass exchange, notably by absorption/desorption, coupled with heat exchange.

Brève description des dessinsBrief description of the drawings

L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel:

  • [Fig. 1] représente de manière schématique a) un échangeur de chaleur à plaques et b) une vue éclatée de l'échangeur ;
  • [Fig. 2] et [Fig. 3] représentent schématiquement différentes vue en perspective éclatées de différents agencements de l'échangeur de chaleur selon l'invention ;
  • [Fig. 4] illustre en détail un module d'échange doté d'une plaque cadre et d'une pièce intérieure ;
  • [Fig. 5] a) est une vue schématique d'un plan de coupe longitudinal (AA') d'un empilement de plaques de forme et b), c), et d) sont des vues selon de différentes plaques de forme selon leur rang dans l'empilement ;
  • [Fig. 6] illustre schématiquement différents exemples d'agencements de plaques de forme et/ou de plaques cadre ;
  • [Fig. 7] est une vue en perspective et éclatée d'un exemple de réalisation d'un échangeur de chaleur selon l'invention ;
  • [Fig.8] est une vue en perspective d'un premier module d'échange et d'un deuxième module d'échange adjacents séparés par des plaques de séparation ;
  • [Fig. 9] et [Fig. 10] sont des agrandissement respectivement des premier et deuxième modules d'échange de l'échangeur illustré sur la figure 8 ;
  • [Fig. 11], [Fig. 12], [Fig. 13] et [Fig. 14] sont des vues selon l'axe longitudinal d'un premier module d'échange, d'un deuxième module d'échange, d'une plaque de séparation, et d'une plaque terminale de l'échangeur illustré sur les figures 9 et 10 ; et
  • [Fig. 15] est une vue en perspective et éclatée d'un autre exemple d'échangeur de chaleur selon l'invention.
The invention may be better understood by reading the detailed description which follows, non-limiting examples of its implementation, and by examining the attached drawing, in which:
  • [ Fig. 1 ] schematically represents a) a plate heat exchanger and b) an exploded view of the exchanger;
  • [ Fig. 2 ] And [ Fig. 3 ] schematically represent different exploded perspective views of different arrangements of the heat exchanger according to the invention;
  • [ Fig. 4 ] illustrates in detail an exchange module equipped with a frame plate and an interior part;
  • [ Fig. 5 ] a) is a schematic view of a longitudinal sectional plane (AA') of a stack of shaped plates and b), c), and d) are views along different shaped plates according to their rank in the stack;
  • [ Fig. 6 ] schematically illustrates different examples of arrangements of shaped plates and/or frame plates;
  • [ Fig. 7 ] is a perspective and exploded view of an exemplary embodiment of a heat exchanger according to the invention;
  • [ Fig.8 ] is a perspective view of a first exchange module and a second adjacent exchange module separated by separation plates;
  • [ Fig. 9] and [Fig. 10 ] are enlargements respectively of the first and second exchange modules of the exchanger illustrated in the figure 8 ;
  • [ Fig. 11 ], [ Fig. 12 ], [ Fig. 13 ] And [ Fig. 14 ] are views along the longitudinal axis of a first exchange module, a second exchange module, a separation plate, and an end plate of the exchanger illustrated in the figures 9 and 10 ; And
  • [ Fig. 15 ] is a perspective and exploded view of another example of a heat exchanger according to the invention.

Dans le dessin annexé, les proportions réelles des divers éléments constitutifs ou leurs espacements n'ont pas été toujours été respectées dans un souci de clarté. Par ailleurs, certains éléments peuvent ne pas avoir été représentés en contact les uns avec les autres dans un souci de clarté, alors qu'ils le sont en pratique.In the attached drawing, the actual proportions of the various constituent elements or their spacings have not always been respected for the sake of clarity. Furthermore, certain elements may not have been shown in contact with each other for the sake of clarity, whereas in practice they are.

Description détailléeDetailed description

On a illustré sur la figure 1, de manière schématique, un exemple d'échangeur de chaleur 1 à plaques, notamment tel que l'invention. Cet échangeur est destiné à l'échange de chaleur entre deux fluides, l'un des fluides pénétrant dans l'échangeur de chaleur à plus basse température que l'autre fluide.It has been illustrated on the Figure 1 , schematically, an example of a plate heat exchanger 1, in particular such as the invention. This exchanger is intended for the exchange of heat between two fluids, one of the fluids entering the heat exchanger at a lower temperature than the other fluid.

L'échangeur 1 comporte une plaque terminale 3 munie d'une ouverture d'entrée 5 du premier fluide, d'une ouverture d'entrée 7 du deuxième fluide, d'une ouverture de sortie de premier fluide et d'une ouverture de sortie du deuxième fluide 11 pour introduire les premier et deuxième fluides dans l'échangeur et les en extraire.The exchanger 1 comprises an end plate 3 provided with an inlet opening 5 for the first fluid, an inlet opening 7 for the second fluid, a first fluid outlet opening and a second fluid outlet opening 11 for introducing the first and second fluids into the exchanger and extracting them from it.

L'échangeur de chaleur comporte en outre des premiers 13 et deuxièmes 15 modules d'échange qui sont superposés les uns sur les autres selon un axe longitudinal X. Les premiers et deuxièmes sont disposés en alternance les uns à la suite des autres le long de l'axe longitudinal. Ils présentent chacun une forme sensiblement parallélépipédique et élancée qui s'étend transversalement à l'axe longitudinal X.The heat exchanger further comprises first 13 and second 15 exchange modules which are superimposed on each other along a longitudinal axis X. The first and second are arranged alternately one after the other along the longitudinal axis. They each have a substantially parallelepiped and slender shape which extends transversely to the longitudinal axis X.

De préférence, chacun des premier 13 et deuxième 15 modules d'échange présente des faces 17 s'étendant transversalement qui sont planes et parallèles.Preferably, each of the first 13 and second 15 exchange modules has transversely extending faces 17 which are planar and parallel.

L'échangeur comporte en outre des plaques de séparation 19 qui sont chacune disposées entre des premier et deuxième modules d'échange adjacents. Chaque plaque de séparation est en outre au contact des premier et deuxième modules d'échange qui lui sont adjacents.The exchanger further comprises separation plates 19 which are each arranged between first and second adjacent exchange modules. Each separation plate is further in contact with the first and second exchange modules which are adjacent to it.

Chaque plaque de séparation 19 s'étend transversalement à l'axe longitudinal et présente de préférences des faces planes et parallèles.Each separating plate 19 extends transversely to the longitudinal axis and preferably has flat and parallel faces.

Les premiers et deuxièmes modules d'échange définissent chacun un premier système de circulation fluidique 21 pour l'écoulement du premier fluide et un deuxième système de circulation fluidique 23 pour l'écoulement du deuxième fluide.The first and second exchange modules each define a first fluid circulation system 21 for the flow of the first fluid and a second fluid circulation system 23 for the flow of the second fluid.

L'échangeur de chaleur comporte en outre un conduit d'alimentation 25 du premier système de circulation fluidique et un conduit d'alimentation 27 du deuxième système de circulation fluidique pour délivrer les premier et deuxième fluides respectivement dans les premier et deuxième systèmes de circulation fluidique.The heat exchanger further comprises a supply conduit 25 of the first fluid circulation system and a supply conduit 27 of the second fluid circulation system for delivering the first and second fluids respectively into the first and second fluid circulation systems.

Le conduit d'alimentation du premier système de circulation fluidique et le conduit d'alimentation du deuxième système de circulation fluidique débouchent chacun par une de leurs extrémités dans l'ouverture d'entrée 5 du premier fluide et dans l'ouverture d'entrée 7 du deuxième fluide.The supply conduit of the first fluid circulation system and the supply conduit of the second fluid circulation system each open at one of their ends into the inlet opening 5 of the first fluid and into the inlet opening 7 of the second fluid.

Le conduit d'alimentation 25 du premier système de circulation fluidique et le conduit d'alimentation 27 du deuxième système de circulation fluidique sont formés par exemple par des trous formés dans les premiers modules d'échange et dans les plaques de séparation. Ils sont conformés afin d'être déconnectés fluidiquement l'un de l'autre, et éviter un mélange entre les premier et deuxième fluides.The supply conduit 25 of the first fluid circulation system and the supply conduit 27 of the second fluid circulation system are formed for example by holes formed in the first exchange modules and in the separation plates. They are shaped so as to be fluidically disconnected from each other, and to avoid mixing between the first and second fluids.

L'échangeur de chaleur comporte en outre un conduit d'évacuation 29 du premier système de circulation fluidique et un conduit d'évacuation 31 du deuxième système de circulation fluidique pour purger les premier et deuxième fluides respectivement des premier et deuxième systèmes de circulation fluidique.The heat exchanger further comprises a discharge conduit 29 of the first fluid circulation system and a discharge conduit 31 of the second fluid circulation system for purging the first and second fluids respectively from the first and second fluid circulation systems.

Le conduit d'évacuation 29 du premier système de circulation fluidique, respectivement le conduit d'évacuation 31 du deuxième système de circulation fluidique, relie fluidiquement le premier, respectivement deuxième, système de circulation fluidique à l'ouverture de sortie 9 du premier fluide, respectivement à l'ouverture de sortie 11 du deuxième fluide.The discharge conduit 29 of the first fluid circulation system, respectively the discharge conduit 31 of the second fluid circulation system, fluidically connects the first, respectively second, fluid circulation system to the outlet opening 9 of the first fluid, respectively to the outlet opening 11 of the second fluid.

Les conduits d'alimentation et d'évacuation du premier système de circulation fluidique et les conduits d'alimentation et d'évacuation du deuxième système de circulation fluidique fluide sont formés par exemple chacun par des trous formés dans les premiers et deuxièmes modules d'échange et dans les plaques de séparation. Ils sont conformés afin de former des chemins de circulation fluidique déconnectés entre les ouverture d'entrée et les ouvertures de sortie pour chacun des premier et deuxième fluides. Autrement dit, l'échangeur de chaleur est conformé pour que les premier et deuxième fluides n'entrent pas en contact et ne se mélangent pas.The supply and discharge conduits of the first fluid circulation system and the supply and discharge conduits of the second fluid circulation system are each formed, for example, by holes formed in the first and second exchange modules and in the separation plates. They are shaped to form disconnected fluid circulation paths between the inlet openings and the openings outlet for each of the first and second fluids. In other words, the heat exchanger is shaped so that the first and second fluids do not come into contact and do not mix.

Les conduit d'alimentation et d'évacuation du premier système de circulation fluidique et les conduits d'alimentation et d'évacuation du deuxième système de circulation fluidique débouchent en outre respectivement dans le premier système de circulation fluidique et dans le deuxième système de circulation fluidique ménagé dans chacun des premier et deuxième modules d'échange respectivement.The supply and discharge conduits of the first fluid circulation system and the supply and discharge conduits of the second fluid circulation system further open respectively into the first fluid circulation system and into the second fluid circulation system arranged in each of the first and second exchange modules respectively.

Par ailleurs, chacun des premiers modules d'échange est séparé des deux modules d'échange qui lui sont adjacents de part et d'autre de l'axe longitudinal, par une plaque de séparation 19 et vice versa. Furthermore, each of the first exchange modules is separated from the two exchange modules which are adjacent to it on either side of the longitudinal axis, by a separation plate 19 and vice versa.

La portion de chaque plaque de séparation qui est superposée au premier système d'écoulement fluidique et au deuxième système d'écoulement fluidique qui lui sont adjacents est pleine. De cette façon, les plaques de séparation 19 qui prennent en sandwich un premier module d'échange 13 et qui sont au contact dudit premier module d'échange isolent fluidiquement le premier système de circulation fluidique 21 des deuxièmes systèmes de circulation fluidique qui sont formés dans les deuxièmes modules d'échange 15 adjacents, et vice versa. The portion of each separation plate that is superimposed on the first fluid flow system and the second fluid flow system adjacent thereto is solid. In this way, the separation plates 19 that sandwich a first exchange module 13 and that are in contact with said first exchange module fluidly isolate the first fluid circulation system 21 from the second fluid circulation systems that are formed in the adjacent second exchange modules 15, and vice versa.

Ainsi, en fonctionnement, les premier et deuxième fluides sont introduits respectivement par l'ouverture d'entrée 5 du premier fluide et par l'ouverture d'entrée 7 du deuxième fluide dans l'échangeur. Ils s'écoulent respectivement dans le conduit d' alimentation 25 du premier système de circulation fluidique et dans le conduit d'alimentation 27 du deuxième système de circulation fluidique. Ils circulent ensuite dans chacun des premier 21 et deuxième 23 systèmes de circulation fluidique respectivement et échangent de la chaleur à travers la plaque de séparation que lesdits systèmes prennent en sandwich. Ils sont ensuite collectés respectivement par le conduit d'évacuation du premier système de circulation fluidique et le conduit d'évacuation de deuxième système de circulation fluidique avant de sortir de l'échangeur par l'ouverture de sortie du premier fluide et l'ouverture de deuxième fluide respectivement.Thus, in operation, the first and second fluids are introduced respectively through the inlet opening 5 of the first fluid and through the inlet opening 7 of the second fluid into the exchanger. They flow respectively into the supply conduit 25 of the first fluid circulation system and into the supply conduit 27 of the second fluid circulation system. They then circulate in each of the first 21 and second 23 fluid circulation systems respectively and exchange heat through the separation plate that said systems sandwich. They are then collected respectively by the discharge conduit of the first fluid circulation system and the discharge conduit of the second fluid circulation system before exiting the exchanger through the outlet opening of the first fluid and the second fluid opening respectively.

On a illustré sur la figure 2 deux exemples de réalisation d'un module d'échange 33 qui peut être un premier module d'échange 13 pour le premier fluide et/ou un deuxième module d'échange 15.It has been illustrated on the Figure 2 two examples of embodiment of an exchange module 33 which can be a first exchange module 13 for the first fluid and/or a second exchange module 15.

Le module d'échange est disposé entre et au contact de deux plaques de séparation 19 qui le sépare longitudinalement des modules d'échange adjacents 35.The exchange module is arranged between and in contact with two separation plates 19 which separate it longitudinally from the adjacent exchange modules 35.

Selon l'exemple de réalisation illustré sur la figure 2, le module d'échange 33 comporte une plaque cadre 37 qui s'étend transversalement à l'axe longitudinal X.According to the example of realization illustrated on the Figure 2 , the exchange module 33 comprises a frame plate 37 which extends transversely to the longitudinal axis X.

La plaque cadre 37 présente deux faces planes et parallèles.The frame plate 37 has two flat and parallel faces.

Elle définit une fenêtre 39 traversante qui traverse l'épaisseur de la plaque cadre de part en part. La fenêtre 39 débouche ainsi par les deux faces opposées de la plaque cadre.It defines a through window 39 which passes through the thickness of the frame plate from one side to the other. The window 39 thus opens out through the two opposite faces of the frame plate.

Le module d'échange 33 comporte en outre une pièce intérieure 41 qui est logée intégralement dans la fenêtre. La pièce intérieure 41 et la plaque cadre 37 sont d'épaisseur e égale. Ainsi, la pièce intérieure 41 et la plaque cadre 37 sont toutes les deux en contact par leurs faces opposées avec les plaques de séparation 19 adjacentes.The exchange module 33 further comprises an inner part 41 which is housed entirely in the window. The inner part 41 and the frame plate 37 are of equal thickness e. Thus, the inner part 41 and the frame plate 37 are both in contact by their opposite faces with the adjacent separation plates 19.

La pièce intérieure 41 comporte au moins une plaque de forme 43.The inner part 41 comprises at least one shaped plate 43.

Selon un premier mode de réalisation, elle comporte une unique plaque de forme 43 dont l'épaisseur est égale à l'épaisseur e de la plaque cadre. Un tel exemple de réalisation est illustré par exemple sur les figures 9 à 13, qui seront décrites par la suite.According to a first embodiment, it comprises a single shaped plate 43 whose thickness is equal to the thickness e of the frame plate. Such an exemplary embodiment is illustrated for example in the figures 9 to 13 , which will be described later.

Dans une variante, illustrée sur la figure 2, la pièce intérieure comporte un empilement 45, selon l'axe longitudinal, de plusieurs plaques de forme 43 les unes sur les autres. Dans l'exemple illustré, elle comporte deux plaques de forme, mais elle peut en comporter un nombre plus élevé.In a variation, illustrated on the Figure 2 , the inner part comprises a stack 45, along the longitudinal axis, of several shaped plates 43 on top of each other. In the example illustrated, it comprises two shaped plates, but it can comprise a greater number.

Par ailleurs, l'unique plaque de forme ou chaque plaque de forme de l'empilement présente deux faces planes et parallèles. Elle consiste en outre en au moins une zone évidée 47 entourée, au moins partiellement, voire entièrement, par une zone pleine 49 environnante.Furthermore, the single shaped plate or each shaped plate of the stack has two flat and parallel faces. It further consists of at least one hollowed-out area 47 surrounded, at least partially, or even entirely, by a surrounding solid area 49.

Ainsi, le système de circulation fluidique 50 du module d'échange, qui est le cas échéant le premier 21 ou le deuxième 23 système de circulation fluidique, est défini par la ou les zones évidées 47 de l'unique plaque de forme ou de l'empilement. Par exemple, sur l'exemple de la figure 2, la plaque de forme 43a comporte une zone évidée 47 sous la forme d'une rainure principale 51 et de rainures secondaires 53 transversales parallèles qui s'étendent chacune à partir d'un même côté de la rainure principale 51. L'autre plaque de forme 43b superposée à la plaque de forme 43a présente un motif sensiblement identique à celui de la plaque de forme 43a à ceci près qu'il est tourné d'un angle de 90° par rapport à l'axe longitudinal.Thus, the fluid circulation system 50 of the exchange module, which is where appropriate the first 21 or the second 23 fluid circulation system, is defined by the zone(s) hollowed out 47 of the single shaped plate or stack. For example, in the example of the Figure 2 , the shaped plate 43a comprises a hollowed-out area 47 in the form of a main groove 51 and parallel transverse secondary grooves 53 which each extend from the same side of the main groove 51. The other shaped plate 43b superimposed on the shaped plate 43a has a pattern substantially identical to that of the shaped plate 43a except that it is rotated by an angle of 90° relative to the longitudinal axis.

De cette façon, la superposition des zones évidées 47 et/ou pleines 49 des plaques de forme 43 de la pluralité définit un système de circulation fluidique avec différents chemins de circulation qui s'étendent dans l'épaisseur et transversalement dans la pièce intérieure.In this way, the superposition of the hollowed-out 47 and/or solid 49 areas of the shaped plates 43 of the plurality defines a fluid circulation system with different circulation paths which extend in the thickness and transversely in the interior part.

Ainsi, le système fluidique formé dans le module d'échange 33 est délimité longitudinalement par les faces en regard des plaques de séparation 19 opposées qui prennent le module d'échange 33 en sandwich, et transversalement par la ou les zones pleines 49 de la ou des plaques de forme 43 ainsi que, optionnellement, par la face latérale 55 de la fenêtre 39 de la plaque cadre 37.Thus, the fluidic system formed in the exchange module 33 is delimited longitudinally by the facing faces of the opposite separation plates 19 which sandwich the exchange module 33, and transversely by the solid zone(s) 49 of the shaped plate(s) 43 as well as, optionally, by the lateral face 55 of the window 39 of the frame plate 37.

Selon un deuxième mode de réalisation, le module d'échange 33 consiste en au moins une plaque de forme 43 consistant en au moins une zone évidée 47 et une zone pleine 49 environnante entourant intégralement la zone évidée.According to a second embodiment, the exchange module 33 consists of at least one shaped plate 43 consisting of at least one hollowed-out zone 47 and a surrounding solid zone 49 completely surrounding the hollowed-out zone.

Dans l'exemple illustré sur la figure 3, le module 33 comporte un empilement 45 de plaques de forme 43 a-b s'étendant selon l'axe longitudinal. La superposition des zones évidées 47 et/ou pleines 49 des plaques de forme 43 de l'empilement définit un système de circulation fluidique avec différents chemins de circulation qui s'étendent dans longitudinalement et transversalement dans le module d'échange 33.In the example illustrated on the Figure 3 , the module 33 comprises a stack 45 of shaped plates 43 ab extending along the longitudinal axis. The superposition of the hollowed-out 47 and/or solid 49 zones of the shaped plates 43 of the stack defines a fluid circulation system with different circulation paths which extend longitudinally and transversely in the exchange module 33.

L'échangeur de chaleur 33 peut comporter des modules d'échange selon le premier mode de réalisation et/ou selon le deuxième mode de réalisation. Par exemple, tous les premier modules d'échange sont selon le premier mode de réalisation et tous les deuxième modules d'échange sont selon le deuxième mode de réalisation ou vice versa. The heat exchanger 33 may comprise exchange modules according to the first embodiment and/or according to the second embodiment. For example, all the first exchange modules are according to the first embodiment and all the second exchange modules are according to the second embodiment or vice versa.

Différents moyens peuvent être mis en oeuvre afin d'améliorer l'étanchéité du système de circulation de fluide. Par exemple, un cordon de colle peut être disposé sur les faces en regard de la ou des plaques de forme et des plaques de séparation. L'échangeur selon le premier mode de réalisation peut comporter une gorge 57, de préférence de largeur constante, s'étendant transversalement entre la pièce intérieure 41 et la plaque cadre 37. Un joint d'étanchéité 59, de préférence, torique peut être disposé dans la gorge, comme cela est illustré sur la figure 4. Le joint d'étanchéité peut faire saillie longitudinale de la gorge 57, de manière à être comprimé par les plaques de forme et/ou plaques de séparation adjacentes.Various means can be implemented to improve the sealing of the fluid circulation system. For example, a bead of glue can be placed on the opposite faces of the shaped plate(s) and the separation plates. The exchanger according to the first embodiment may include a groove 57, preferably of constant width, extending transversely between the inner part 41 and the frame plate 37. A seal 59, preferably an O-ring, may be disposed in the groove, as illustrated in the Figure 4 The seal may project longitudinally from the groove 57, so as to be compressed by the adjacent forming plates and/or separating plates.

La figure 5 illustre un exemple d'empilement d'un échangeur de chaleur selon le deuxième aspect de l'invention.There Figure 5 illustrates an example of a stack of a heat exchanger according to the second aspect of the invention.

L'empilement est formé de trois plaques de forme 43 disposées de telle manière que la zone pleine 49 d'une plaque est superposée à une des zones évidées 47 d'au moins une autre des plaques de l'empilement et vice versa. The stack is formed from three shaped plates 43 arranged in such a way that the solid area 49 of one plate is superimposed on one of the hollow areas 47 of at least one other of the plates of the stack and vice versa.

La figure 5 a) est une vue d'un plan de coupe (AA) longitudinal de l'empilement défini par l'axe longitudinal X et un axe transversal Z perpendiculaire à l'axe X. Comme cela peut être observé en parcourant l'empilement le long de l'axe transversal, la superposition des zones pleines 49 et zones évidées 47 définit un système de circulation fluidique 50 dont le profil varie en fonction de la position le long de l'axe transversal Y. Par exemple, en l'abscisse Y1, les zones évidées des trois plaques de forme sont superposées l'une à l'autre et le système de circulation s'étend entièrement entre les deux plaques de séparation 19 opposées. En l'abscisse Y2, la zone évidée de la plaque de forme intermédiaire est superposée aux zones pleines des plaques de forme qui lui sont superposées. Le profil du système de circulation fluidique évolue ainsi d'un profil d'épaisseur élevée à un profil d'épaisseur plus faible. En l'abscisse Y3, le système de circulation fluidique présente un profil identique au profil en l'abscisse Yi. En l'abscisse Y4, des zones évidées des plaques de forme inférieure et supérieure sont superposées à la zone pleine de plaque de forme intermédiaire. Ainsi, le système comporte un chemin principal 59 qui se divise en des chemins secondaires 61 qui se rejoignent à l'aval en l'abscisse Y5, comme indiqué par les flèches F.There Figure 5 a) is a view of a longitudinal sectional plane (AA) of the stack defined by the longitudinal axis X and a transverse axis Z perpendicular to the X axis. As can be observed by traversing the stack along the transverse axis, the superposition of the solid zones 49 and hollow zones 47 defines a fluid circulation system 50 whose profile varies according to the position along the transverse axis Y. For example, at the abscissa Y 1 , the hollow zones of the three shaped plates are superimposed on each other and the circulation system extends entirely between the two opposite separating plates 19. At the abscissa Y 2 , the hollow zone of the intermediate shaped plate is superimposed on the solid zones of the shaped plates superimposed on it. The profile of the fluid circulation system thus evolves from a high thickness profile to a lower thickness profile. At the abscissa Y 3 , the fluid circulation system has a profile identical to the profile at the abscissa Yi. At the abscissa Y 4 , hollowed-out areas of the lower and upper shaped plates are superimposed on the solid area of the intermediate shaped plate. Thus, the system comprises a main path 59 which divides into secondary paths 61 which meet downstream at the abscissa Y 5 , as indicated by the arrows F.

Le système de circulation fluidique 50 comporte ainsi des portions qui s'étendent selon l'épaisseur de l'empilement qui sont prolongées par des portions qui s'étendent parallèlement au plan médian de l'empilement.The fluid circulation system 50 thus comprises portions which extend along the thickness of the stack which are extended by portions which extend parallel to the median plane of the stack.

Les figures 5 b) à 5 d) représentent chacune des plaques de forme inférieure, intermédiaire et supérieure, observées selon l'axe longitudinal. Comme cela peut être observé, la variation de profil du système fluidique comporta aussi la variation de largeur, mesurée selon l'axe Z perpendiculaires aux axes longitudinal X et transversal Y, du système fluidique, qui comporte en outre des portions qui s'étendent selon des axes différents du plan médian de l'empilement.THE Figures 5 b) to 5 d) represent each of the lower, intermediate and upper shaped plates, observed along the longitudinal axis. As can be observed, the variation profile of the fluidic system also included the variation in width, measured along the Z axis perpendicular to the longitudinal X and transverse Y axes, of the fluidic system, which also includes portions which extend along axes different from the median plane of the stack.

De cette façon, une circulation tridimensionnelle et complexe du fluide s'écoulant dans le module d'échange peut être obtenue. Il est ainsi possible de faire varier les conditions fluidiques de l'écoulement du fluide en changeant localement la forme du système de circulation fluidique.In this way, a three-dimensional and complex circulation of the fluid flowing in the exchange module can be achieved. It is thus possible to vary the fluidic conditions of the fluid flow by locally changing the shape of the fluidic circulation system.

On a représenté sur la figure 6 des exemples de réalisation où le module d'échange 33 peut définir plusieurs systèmes de circulation fluidique 50. Par exemple, sur les figures 6 a) et 6 b), cela est obtenu en prévoyant que des portions différentes 63,65 d'une plaque de forme 43 sont alimentées par des conduits d'alimentation et d'évacuation différents. Sur la figure 6 c), la plaque cadre 37 comporte deux fenêtres 39 dans lesquelles sont logées respectivement deux plaques de formes 43, par exemple pour l'écoulement de deux fluides différents au sein du même module d'échange. D'autres exemples similaires à celui illustré sur la figure 6 c) sont illustrés sur les figures 7 à 13.It has been represented on the Figure 6 exemplary embodiments where the exchange module 33 can define several fluid circulation systems 50. For example, on the Figures 6 a) and 6 b) , this is achieved by providing that different portions 63,65 of a shaped plate 43 are supplied by different supply and discharge conduits. On the Figure 6 c) , the frame plate 37 comprises two windows 39 in which are housed respectively two plates of shapes 43, for example for the flow of two different fluids within the same exchange module. Other examples similar to that illustrated on the Figure 6 c) are illustrated on the figures 7 to 13 .

Les figures 7 à 13 représentent un autre exemple d'échangeur de chaleur 1 selon l'invention, adapté à séparer, sous l'effet de l'échange de chaleur entre les premiers et deuxième fluides, des premier et deuxième composants fluides différents qui constituent le premier fluide.THE figures 7 to 13 represent another example of a heat exchanger 1 according to the invention, adapted to separate, under the effect of the heat exchange between the first and second fluids, first and second different fluid components which constitute the first fluid.

Il comporte une pluralité de premiers modules d'échanges 13 identiques et une pluralité de deuxièmes modules d'échange 15 identiques qui s'étendent selon une axe Y vertical. Les premiers et deuxièmes modules d'échange sont disposés alternativement les uns aux autres selon l'axe longitudinal X, qui est horizontal.It comprises a plurality of identical first exchange modules 13 and a plurality of identical second exchange modules 15 which extend along a vertical Y axis. The first and second exchange modules are arranged alternately with each other along the longitudinal X axis, which is horizontal.

Des plaques de séparation 19 identiques sont en outre disposées entre chaque couple de premier et deuxième modules. Il comporte enfin deux plaques terminales 3 à chaque extrémité longitudinale et des moyens de serrage, non illustrés qui compriment longitudinalement la superposition des premiers et deuxième modules d'échange et plaques de séparation.Identical separation plates 19 are further arranged between each pair of first and second modules. It finally comprises two end plates 3 at each longitudinal end and clamping means, not illustrated, which longitudinally compress the superposition of the first and second exchange modules and separation plates.

Le premier module d'échange 13 comporte une plaque cadre 67 dotée d'une fenêtre traversante 69 dans laquelle une pièce intérieure 71 est disposée. La pièce intérieure 71 est formée d'un empilement 72 selon l'axe longitudinal de deux plaques de forme 73a-b, comme cela est plus particulièrement visible sur la figure 9. L'empilement 72 et la plaque cadre 67 sont d'épaisseurs égales.The first exchange module 13 comprises a frame plate 67 provided with a through window 69 in which an interior part 71 is arranged. The interior part 71 is formed from a stack 72 along the longitudinal axis of two plates of shape 73a-b, as is more particularly visible on the figure 9 . The stack 72 and the frame plate 67 are of equal thickness.

La pièce intérieure 71 présente un contour extérieur 75 qui est homothétique du contour latéral 77 de la fenêtre, de telle sorte qu'elle est disposée à distance constante du contour de la fenêtre. Une gorge 79 est ainsi délimitée entre la pièce intérieure et la plaque cadre.The inner part 71 has an outer contour 75 which is homothetic to the lateral contour 77 of the window, such that it is arranged at a constant distance from the contour of the window. A groove 79 is thus delimited between the inner part and the frame plate.

Les deux plaques de forme 73a-b sont identiques.The two plates of form 73a-b are identical.

Chaque plaque de forme 73a-b présente une forme générale perpendiculaire qui se prolonge à ses deux extrémités dans sa longueur par des parties de forme triangulaire. Elle comporte une zone pleine 81 qui comporte un cadre 83 définissant une paroi latérale de la plaque de forme. La zone pleine 81 comporte en outre des bandeaux inférieur 85 et supérieur 87 qui s'étendent chacun entre deux bords 89 latéraux opposés de la plaque de forme et une portion centrale 91 qui représente plus de 70 % de l'aire de la zone pleine. Une structure « inférieure » est disposée à une hauteur plus faible selon l'axe vertical Y qu'une structure « supérieurs ». La portion centrale 91 est disposée entre les bandeaux inférieur 85 et supérieur 87. Elle encadre une pluralité de zones évidées 93 se présentant sous la forme de rainures droites parallèles et s'étendant selon la longueur de la plaque de forme.Each shaped plate 73a-b has a generally perpendicular shape which extends at its two ends in its length by triangular-shaped parts. It comprises a solid zone 81 which comprises a frame 83 defining a side wall of the shaped plate. The solid zone 81 further comprises lower 85 and upper 87 bands which each extend between two opposite lateral edges 89 of the shaped plate and a central portion 91 which represents more than 70% of the area of the solid zone. A “lower” structure is arranged at a lower height along the vertical axis Y than an “upper” structure. The central portion 91 is arranged between the lower 85 and upper 87 bands. It frames a plurality of hollowed-out zones 93 in the form of parallel straight grooves and extending along the length of the shaped plate.

Par ailleurs, chaque plaque de forme 73a-b définit des zones évidées inférieure 95 et supérieure 97 de part et d'autre de la portion centrale, selon la longueur de la plaque cadre. Ces portions évidées inférieure et supérieure représentent chacune plus de 10 % de l'aire de plaque de forme. Elles s'étendent d'un bord latéral 89 à l'autre. La superposition des zones évidées inférieures et supérieures respectivement des deux plaques de forme de l'empilement définit ainsi une chambre de distribution 99 du premier fluide et une chambre de collecte 101 du premier fluide respectivement.Furthermore, each shaped plate 73a-b defines lower 95 and upper 97 hollowed-out areas on either side of the central portion, along the length of the frame plate. These lower and upper hollowed-out portions each represent more than 10% of the shaped plate area. They extend from one lateral edge 89 to the other. The superposition of the lower and upper hollowed-out areas respectively of the two shaped plates of the stack thus defines a distribution chamber 99 for the first fluid and a collection chamber 101 for the first fluid respectively.

Chaque plaque de forme 73a-b est dissymétrique selon un plan longitudinal médian. Elles sont disposées l'une par rapport à l'autre de telle sorte que l'une est l'image de l'autre par une rotation de 180 ° autour d'un axe transversal Y', vertical, parallèle au sens de la longueur desdites plaques de forme.Each shaped plate 73a-b is asymmetrical along a median longitudinal plane. They are arranged relative to each other in such a way that one is the image of the other by a rotation of 180° around a transverse axis Y', vertical, parallel to the length direction of said shaped plates.

Ainsi, la superposition des dites plaques de forme 73a-b définit un chemin de circulation fluidique complexe composé de canaux 103 parallèles s'étendant selon la longueur de la pièce intérieure et serpentant dans l'épaisseur de la pièce intérieure, des rainures de l'une des plaques de forme étant superposées à la portion centrale de l'autre plaque de forme et vice versa. Chaque canal 103 est alimenté en amont par la chambre de distribution 99 du premier fluide et débouche à son aval dans la chambre de collecte 101du premier fluide.Thus, the superposition of said shaped plates 73a-b defines a complex fluid circulation path composed of parallel channels 103 extending along the length of the inner part and winding through the thickness of the inner part, grooves of one of the shaped plates being superimposed on the central portion of the other shaped plate and vice versa. Each channel 103 is supplied upstream by the distribution chamber 99 of the first fluid and opens downstream into the collection chamber 101 of the first fluid.

Par ailleurs, afin d'assurer l'étanchéité de l'écoulement du premier fluide, le premier module comporte un joint d'étanchéité 59 disposé dans la gorge.Furthermore, in order to ensure the sealing of the flow of the first fluid, the first module comprises a sealing gasket 59 arranged in the groove.

Le deuxième module d'échange 15, illustré sur la figure 12, est différent du premier module d'échange 13.The second exchange module 15, illustrated on the Figure 12 , is different from the first exchange module 13.

Il comporte une plaque cadre 105 dotée de deux fenêtres traversantes 107, 109 et disjointes l'une de l'autre, dans laquelle deux pièces intérieures 111, 113 sont disposées respectivement.It comprises a frame plate 105 provided with two through windows 107, 109 and disjointed from each other, in which two interior parts 111, 113 are arranged respectively.

La première pièce intérieure 111 est formée d'un empilement 115 longitudinal de deux plaques de forme 117a-b, et la deuxième pièce intérieure 113 consiste comme en unique plaque de forme 119, comme cela est plus particulièrement visible sur la figure 10.The first inner part 111 is formed from a longitudinal stack 115 of two shaped plates 117a-b, and the second inner part 113 consists of a single shaped plate 119, as is more particularly visible in the Figure 10 .

Les premières 111 et deuxièmes 113 pièces intérieures sont d'épaisseur égale à la plaque cadre 105.The first 111 and second 113 interior pieces are of equal thickness to the frame plate 105.

Les premières et deuxièmes pièces intérieures sont chacune homothétiques des contours des fenêtres dans lesquelles elles sont disposées et sont séparées chacune par une gorge de la fenêtre environnante dans laquelle un joint torique d'étanchéité est disposé.The first and second interior pieces are each homothetic to the contours of the windows in which they are arranged and are each separated by a groove from the surrounding window in which a sealing O-ring is arranged.

Les plaques de forme 117a-b de la première pièce intérieure 111 sont identiques et dissymétriques. Elles sont disposées l'une par rapport à l'autre de telle sorte que l'une est l'image de l'autre par une rotation de 180 ° autour d'un axe transversal Y", vertical, parallèle au sens de la longueur desdites plaques cadre. Chaque plaque de forme 117 consiste en une zone pleine 121 environnante qui encadre des zones évidées 123 qui délimitent ensemble une rainure 125 en forme de serpentin qui s'étend entre deux bords transversaux 127 de la plaque de forme. La rainure est interrompue par des renforts 129 transversaux à l'axe d'extension de la rainure 125. Les rainures des deux plaques de forme 117a-b sont superposées l'une sur l'autre définissant ainsi un deuxième système de circulation de fluide 23, sous la forme d'un canal, pour l'écoulement du deuxième fluide. En outre, les renforts 129 transversaux superposés à une zone évidée de l'autre plaque de forme, induisent une déviation de l'écoulement du deuxième fluide selon l'épaisseur de l'empilement 115.The form plates 117a-b of the first inner part 111 are identical and asymmetrical. They are arranged relative to each other in such a way that one is the image of the other by a rotation of 180° around a transverse axis Y", vertical, parallel to the length direction of said frame plates. Each form plate 117 consists of a surrounding solid area 121 which frames hollowed-out areas 123 which together delimit a serpentine-shaped groove 125 which extends between two transverse edges 127 of the form plate. The groove is interrupted by reinforcements 129 transverse to the axis of extension of the groove 125. The grooves of the two form plates 117a-b are superimposed on each other, thus defining a second fluid circulation system 23, in the form of a channel, for the flow of the second fluid. In addition, the transverse reinforcements 129 superimposed on a hollowed-out area of the other shaped plate, induce a deviation of the flow of the second fluid according to the thickness of the stack 115.

La deuxième pièce intérieure 113 consiste en une plaque de forme 119 pentagonale et d'épaisseur égale à l'épaisseur de la plaque cadre 105. La plaque de forme comporte une zone pleine 131 dont l'aire est inférieure à 20 % à l'aire couverte par la plaque de forme. La zone pleine 131 comporte en outre un cadre extérieur 133 et des doigts 134 qui s'étendent perpendiculairement à partir d'un bord 135 du cadre extérieur 133, parallèlement les uns aux autres. Elle comporte un outre un cordon 137 qui relie ledit bord 135 à un sommet 139 opposé du pentagone. La zone pleine 131 entoure ainsi deux zones évidées 141 qui définissent un troisième système de circulation fluidique 145, qui peut être une chambre de déviation 146 comme cela sera apparent par la suite.The second inner part 113 consists of a pentagonal shaped plate 119 with a thickness equal to the thickness of the frame plate 105. The shaped plate comprises a solid zone 131 whose area is less than 20% of the area covered by the shaped plate. The solid zone 131 further comprises an outer frame 133 and fingers 134 which extend perpendicularly from an edge 135 of the outer frame 133, parallel to each other. It further comprises a cord 137 which connects said edge 135 to an opposite vertex 139 of the pentagon. The solid zone 131 thus surrounds two hollow zones 141 which define a third fluid circulation system 145, which may be a deflection chamber 146 as will be apparent later.

Chaque plaque de séparation 19 qui sépare des premier 13 et deuxième 15 modules d'échange adjacents comporte des perçages 147 qui la traverse de part en part dans son épaisseur et qui mettent le troisième système de circulation fluidique 145 en connexion fluidique avec le premier système de circulation fluidique 21. Les perçages se présentent sous la forme de fentes qui sont superposées aux espaces entre les doigts 133 de la pièce intérieure 113 et à la chambre de distribution 99 du premier système de circulation fluidique.Each separation plate 19 which separates the first 13 and second 15 adjacent exchange modules has holes 147 which pass right through its thickness and which put the third fluid circulation system 145 in fluid connection with the first fluid circulation system 21. The holes are in the form of slots which are superimposed on the spaces between the fingers 133 of the inner part 113 and on the distribution chamber 99 of the first fluid circulation system.

Par ailleurs, l'une des plaques d'extrémité 3 comporte une ouverture d'entrée 5 du premier fluide et une ouverture de sortie 9 du premier fluide pour introduire le premier fluide et extraire le premier composant fluide de l'échangeur, comme cela sera décrit ci-après. Elle comporte en outre une ouverture d'entrée 7 du deuxième fluide et une ouverture de sortie 11 du deuxième fluide pour introduire et extraire le deuxième fluide de l'échangeur de chaleur. Elle comporte enfin une ouverture de sortie 149 de deuxième composant fluide pour extraire le deuxième composant fluide de l'échangeur. Dans une variante non illustrée, une ou plusieurs des ouvertures d'entrée et/ou des ouvertures de sortie précitées peuvent être disposées sur l'autre plaque terminale.Furthermore, one of the end plates 3 comprises an inlet opening 5 for the first fluid and an outlet opening 9 for the first fluid for introducing the first fluid and extracting the first fluid component from the exchanger, as will be described below. It further comprises an inlet opening 7 for the second fluid and an outlet opening 11 for the second fluid for introducing and extracting the second fluid from the heat exchanger. Finally, it comprises an outlet opening 149 for the second fluid component for extracting the second fluid component from the exchanger. In a variant not illustrated, one or more of the aforementioned inlet openings and/or outlet openings may be arranged on the other end plate.

L'ouverture d'entrée 5 du premier fluide est prolongée par un conduit d'alimentation 151 du premier système de circulation fluidique 21 qui débouche dans la chambre de distribution 99 du premier système de circulation fluidique.The inlet opening 5 of the first fluid is extended by a supply conduit 151 of the first fluid circulation system 21 which opens into the distribution chamber 99 of the first fluid circulation system.

Le conduit d'alimentation 151 du premier système de circulation fluidique est délimité par la répétition ensemble formé de la superposition longitudinale d'un trou traversant ménagé dans la plaque d'extrémité qui débouche sur l'ouverture d'entrée du premier fluide, d'un trou traversant percé dans le cordon de la plaque de forme de la deuxième pièce intérieure du deuxième module d'échange, d'un trou traversant formé dans la plaque de séparation et d'un trou traversant formé dans la pièce intérieure du premier module d'échange. Cet ensemble est répété longitudinalement afin que tous les premiers modules d'échange 13 soient alimentés en parallèle en premier fluide.The supply conduit 151 of the first fluid circulation system is delimited by the repetition of the assembly formed by the longitudinal superposition of a through hole formed in the end plate which opens onto the inlet opening of the first fluid, of a through hole drilled in the bead of the shaped plate of the second inner part of the second exchange module, of a through hole formed in the separation plate and of a through hole formed in the inner part of the first exchange module. This assembly is repeated longitudinally so that all the first exchange modules 13 are supplied in parallel with the first fluid.

La pièce intérieure 71 du premier module d'échange 13 comporte une encoche 153 ménagée dans le bandeau supérieur qui relie fluidiquement le conduit d'alimentation du premier système de circulation fluidique à la chambre de distribution de premier fluide.The inner part 71 of the first exchange module 13 comprises a notch 153 formed in the upper strip which fluidically connects the supply conduit of the first fluid circulation system to the first fluid distribution chamber.

L'ouverture de sortie 9 du premier fluide est prolongée par un conduit d'évacuation 155 du premier système de circulation fluidique 21 qui débouche dans la chambre de collecte 101 du premier système de circulation fluidique.The outlet opening 9 of the first fluid is extended by an evacuation conduit 155 of the first fluid circulation system 21 which opens into the collection chamber 101 of the first fluid circulation system.

Le conduit d'évacuation 155 du premier système de circulation fluidique est délimité par la répétition d'un ensemble formé de la superposition longitudinale d'un trou traversant ménagé dans la plaque d'extrémité qui débouche sur l'ouverture de sortie du premier fluide, d'un trou traversant percé dans la plaque cadre du deuxième module d'échange, d'un trou traversant formé dans la plaque de séparation. Cet ensemble est répété longitudinalement afin que tous les premiers modules d'échange soient purgés en parallèle du premier fluide.The discharge conduit 155 of the first fluid circulation system is delimited by the repetition of an assembly formed by the longitudinal superposition of a through hole provided in the end plate which opens onto the outlet opening of the first fluid, of a through hole drilled in the frame plate of the second exchange module, of a through hole formed in the separation plate. This assembly is repeated longitudinally so that all the first exchange modules are purged in parallel of the first fluid.

Par ailleurs, le conduit d'alimentation du deuxième système de circulation fluidique débouche dans le deuxième système de circulation fluidique. Il est délimité par la superposition d'un ensemble formé de la superposition longitudinale d'un trou traversant ménagé dans et en périphérie de la plaque d'extrémité et qui débouche sur l'ouverture d'entrée du deuxième fluide et le cas échéant, d'un trou traversant percé dans la plaque cadre du premier module d'échange et d'un trou traversant formé dans la plaque de séparation. Cet ensemble est répété longitudinalement afin que tous les deuxièmes modules d'échange soient alimentés en parallèle en deuxième fluide.Furthermore, the supply duct of the second fluid circulation system opens into the second fluid circulation system. It is delimited by the superposition of an assembly formed by the longitudinal superposition of a through hole provided in and on the periphery of the end plate and which opens onto the inlet opening of the second fluid and, where appropriate, of a through hole drilled in the frame plate of the first exchange module and of a through hole formed in the separation plate. This set is repeated longitudinally so that all the second exchange modules are supplied in parallel with the second fluid.

L'ouverture d'entrée 7 du deuxième fluide est prolongée par un conduit d'alimentation 157 du premier système de circulation fluidique 21.The inlet opening 7 of the second fluid is extended by a supply conduit 157 of the first fluid circulation system 21.

Le conduit d'alimentation 157 du deuxième système de circulation fluidique débouche dans le deuxième système de circulation fluidique 23. Il est délimité par la répétition d'un ensemble formé de la superposition longitudinale d'un trou traversant ménagé dans et en périphérie de la plaque d'extrémité 3 et qui débouche sur l'ouverture d'entrée du deuxième fluide 7 et le cas échéant, d'un trou traversant percé dans la plaque cadre du premier module d'échange et d'un trou traversant formé dans la plaque de séparation. Cet ensemble est répété longitudinalement afin que tous les deuxièmes modules d'échange soient alimentés en parallèle en deuxième fluide.The supply conduit 157 of the second fluid circulation system opens into the second fluid circulation system 23. It is delimited by the repetition of an assembly formed by the longitudinal superposition of a through hole formed in and at the periphery of the end plate 3 and which opens onto the inlet opening of the second fluid 7 and, where appropriate, of a through hole drilled in the frame plate of the first exchange module and of a through hole formed in the separation plate. This assembly is repeated longitudinally so that all the second exchange modules are supplied in parallel with the second fluid.

L'ouverture de sortie 11 du deuxième fluide est prolongée par un conduit d'évacuation 159 du deuxième système de circulation fluidique 23.The outlet opening 11 of the second fluid is extended by an evacuation conduit 159 of the second fluid circulation system 23.

Le conduit d'évacuation 159 du deuxième système de circulation fluidique débouche dans le deuxième système de circulation fluidique 23. Il est délimité par la répétition d'un ensemble formé de la superposition longitudinale d'un trou traversant ménagé dans et en périphérie de la plaque d'extrémité 3 et qui débouche sur l'ouverture de sortie du deuxième fluide 11 et le cas échéant, d'un trou traversant percé dans la plaque cadre du premier module d'échange et d'un trou traversant formé dans la plaque de séparation 19. Cet ensemble est répété longitudinalement afin que tous les deuxièmes modules d'échange soient purgés en parallèle du deuxième fluide.The discharge conduit 159 of the second fluid circulation system opens into the second fluid circulation system 23. It is delimited by the repetition of an assembly formed by the longitudinal superposition of a through hole formed in and at the periphery of the end plate 3 and which opens onto the outlet opening of the second fluid 11 and, where appropriate, of a through hole drilled in the frame plate of the first exchange module and of a through hole formed in the separation plate 19. This assembly is repeated longitudinally so that all the second exchange modules are purged of the second fluid in parallel.

Enfin, l'ouverture de sortie 149 du deuxième composant fluide est prolongée par un conduit d'évacuation 161 du troisième système de circulation fluidique 145.Finally, the outlet opening 149 of the second fluid component is extended by an evacuation conduit 161 of the third fluid circulation system 145.

Enfin, le conduit d'évacuation 161 du troisième système de circulation fluidique débouche dans le troisième système de circulation fluidique. Il est délimité par la superposition d'un ensemble formé de la superposition longitudinale d'un trou traversant ménagé dans la plaque d'extrémité et qui débouche sur l'ouverture de sortie du deuxième composant fluide et le cas échéant, d'un trou traversant percé dans la pièce intérieur du premier module d'échange, et d'un trou traversant formé dans la plaque de séparation. Cet ensemble est répété longitudinalement afin que tous les deuxièmes modules d'échange soient purgés en parallèle du deuxième composant fluide.Finally, the discharge conduit 161 of the third fluid circulation system opens into the third fluid circulation system. It is delimited by the superposition of an assembly formed by the longitudinal superposition of a through hole provided in the end plate and which opens onto the outlet opening of the second fluid component and, where appropriate, of a through hole drilled in the interior part of the first exchange module, and of a through hole formed in the separation plate. This assembly is repeated longitudinally so that all the second exchange modules are purged in parallel of the second fluid component.

Un exemple de mise en oeuvre de l'échangeur illustré sur les figures 7 à 14 est présenté ci-dessous, dans lequel l'échange de chaleur s'effectue entre un premier fluide froid et un deuxième liquide chaud qui s'écoulent à contre-courant.An example of implementation of the exchanger illustrated on the figures 7 to 14 is shown below, in which the heat exchange takes place between a first cold fluid and a second hot liquid which flow countercurrently.

Le premier fluide comporte un premier composant fluide, par exemple de l'eau, et un deuxième composant fluide, par exemple de l'ammoniaque. Lors de son entrée dans l'échangeur, le premier fluide est entièrement liquide.The first fluid comprises a first fluid component, for example water, and a second fluid component, for example ammonia. When it enters the exchanger, the first fluid is entirely liquid.

Lors de l'échange de chaleur, le premier fluide pénètre dans l'échangeur de chaleur par l'entrée de premier fluide 5. Il s'écoule dans le conduit d'alimentation 151 du premier système de circulation fluidique puis pénètre dans la chambre de distribution 99 du premier module d'échange thermique 21 où il est réparti dans les différents canaux 103 parallèles de la portion centrale 91 en direction de la chambre de collecte 101.During the heat exchange, the first fluid enters the heat exchanger through the first fluid inlet 5. It flows into the supply conduit 151 of the first fluid circulation system and then enters the distribution chamber 99 of the first heat exchange module 21 where it is distributed in the different parallel channels 103 of the central portion 91 towards the collection chamber 101.

Le deuxième fluide s'écoule à contre-courant du premier fluide. Il pénètre dans l'échangeur de chaleur par l'ouverture d'entrée 7 du deuxième fluide et s'écoule dans le conduit d'alimentation 157 de deuxième fluide. Il pénètre alors dans le deuxième module d'échange 23 où il circule dans le deuxième système de circulation fluidique en forme de serpentin jusqu'au conduit d'évacuation du deuxième système de circulation fluidique.The second fluid flows counter-currently to the first fluid. It enters the heat exchanger through the second fluid inlet opening 7 and flows into the second fluid supply conduit 157. It then enters the second exchange module 23 where it circulates in the second fluid circulation system in the form of a serpentine to the discharge conduit of the second fluid circulation system.

Le premier fluide et le deuxième fluide échangent de la chaleur dans les portions des premier et deuxième systèmes de circulation fluidique superposés longitudinalement et déconnectés fluidiquement par la plaque de séparation 19 qui les sépare.The first fluid and the second fluid exchange heat in the portions of the first and second fluid circulation systems which are longitudinally superimposed and fluidically disconnected by the separating plate 19 which separates them.

La quantité de chaleur apportée au premier fluide est suffisante pour induire une transformation de phase, de l'état liquide à l'état gazeux, seulement du deuxième composant fluide. Par exemple, au sein du premier fluide, l'ammoniaque passe de l'état liquide à l'état gazeux et l'eau reste à l'état liquide.The amount of heat supplied to the first fluid is sufficient to induce a phase transformation, from liquid to gas, of only the second fluid component. For example, within the first fluid, ammonia changes from liquid to gas and water remains in liquid.

Le premier composant fluide s'accumule dans la chambre de collecte 101 avant d'être évacué par l'ouverture de sortie 9 du deuxième système de circulation fluidique.The first fluid component accumulates in the collection chamber 101 before being discharged through the outlet opening 9 of the second fluid circulation system.

Le deuxième composant fluide à l'état gazeux s'écoule à contre-courant dans le premier système de circulation sous l'effet d'une poussée d'Archimède dans la portion centrale 91 du premier système de circulation fluidique. L'écoulement du deuxième composant fluide est contraint par le volume du premier fluide contenu dans la chambre de distribution 99 du premier fluide. Le deuxième composant fluide est alors dévié à travers les fentes 147 de la plaque de séparation et pénètre dans la chambre de déviation 146 dans le deuxième module d'échange. La chambre de déviation 146 permet ainsi de collecter le deuxième composant fluide en contournant la zone de distribution 99 du premier fluide afin de l'extraire hors du deuxième module d'échange par l'intermédiaire du conduit d'évacuation du troisième système fluidique jusqu'à l'ouverture de sortie correspondante.The second fluid component in the gaseous state flows countercurrently in the first circulation system under the effect of an Archimedes thrust in the central portion 91 of the first fluid circulation system. The flow of the second fluid component is constrained by the volume of the first fluid contained in the distribution chamber 99 of the first fluid. The second fluid component is then diverted through the slots 147 of the separation plate and enters the diversion chamber 146 in the second exchange module. The diversion chamber 146 thus makes it possible to collect the second fluid component by bypassing the distribution zone 99 of the first fluid in order to extract it from the second exchange module via the discharge conduit of the third fluid system to the corresponding outlet opening.

Enfin, la figure 15 illustre un autre exemple d'échangeur de chaleur qui diffère de celui illustré sur les figures 7 à 14 par les caractéristiques suivantes.Finally, the Figure 15 illustrates another example of a heat exchanger that differs from that shown in the figures 7 to 14 by the following characteristics.

Chaque plaque de forme 73 de la pièce intérieure 71 du premier module d'échange 13 comporte un bandeau central 162 s'étendant entre deux bords latéraux 89 opposés de la plaque de forme. Le bandeau central est doté d'un trou par lequel le conduit d'alimentation 151 du premier fluide débouche dans le premier système de circulation fluidique 21.Each shaped plate 73 of the inner part 71 of the first exchange module 13 comprises a central strip 162 extending between two opposite lateral edges 89 of the shaped plate. The central strip is provided with a hole through which the supply conduit 151 of the first fluid opens into the first fluid circulation system 21.

Chaque plaque de forme comporte en outre une portion centrale 91 qui est interrompue par une chambre de distribution du premier fluide dans laquelle le bandeau central. Ainsi, le bandeau central est disposé entre et à distance de parties inférieure 91i et supérieure 91s de la portion centrale 91. Une chambre de distribution 99 du premier fluide est définie entre le bandeau central et la portion centrale inférieure 91i.Each shaped plate further comprises a central portion 91 which is interrupted by a distribution chamber for the first fluid in which the central strip. Thus, the central strip is arranged between and at a distance from the lower 91 i and upper 91 s parts of the central portion 91. A distribution chamber 99 for the first fluid is defined between the central strip and the lower central portion 91 i .

Le deuxième module d'échange 15 comporte des première 107, deuxième 109, et troisième 163 fenêtres recevant respectivement des première 111, deuxième 113 et troisième pièces 165 intérieures.The second exchange module 15 comprises first 107, second 109, and third 163 windows respectively receiving first 111, second 113, and third interior rooms 165.

Les première 107 et troisième 163 fenêtres sont disposées de part et d'autre de la deuxième 109 fenêtre.The first 107 and third 163 windows are arranged on either side of the second 109 window.

Le deuxième système de circulation fluidique 23 est formé par la première pièce intérieure 111 qui est une unique plaque de forme 117 comportant une zone évidée sous la forme d'un serpentin qui s'étend entre les conduits d'alimentation 27 et d'évacuation 31 du deuxième système de circulation fluidique. Dans une variante, le deuxième système de circulation fluidique peut être défini par un empilement de plaques de forme comme décrit sur les figures 7 à 14.The second fluid circulation system 23 is formed by the first interior part 111 which is a single shaped plate 117 comprising a hollowed-out zone in the form of a coil which extends between the supply ducts 27 and evacuation ducts 31 of the second fluid circulation system. Alternatively, the second fluid circulation system may be defined by a stack of shaped plates as described in figures 7 to 14 .

La deuxième pièce intérieure 113 est une plaque de forme 119 rectangulaire et ajourée, qui présente un cadre extérieur 133 délimitant une chambre de déviation 146, superposée à la chambre de distribution 99 du premier fluide et à des fentes inférieure 147i et supérieure 147s traversantes ménagées dans la plaque de séparation 19.The second interior part 113 is a plate of rectangular and perforated shape 119, which has an external frame 133 delimiting a deflection chamber 146, superimposed on the distribution chamber 99 of the first fluid and on lower 147 i and upper 147 s through slots arranged in the separation plate 19.

La troisième pièce intérieure 165 est une plaque de forme 167 présentant une zone évidée ayant une forme d'un serpentin, qui définit ainsi un quatrième système de circulation fluidique 173. La plaque cadre 67 du premier module d'échange 13 et la plaque de séparation 19 sont munies de trous traversants superposés qui définissent des conduits d'alimentation 169 et d'évacuation 171 pour un fluide s'écoulant dans le quatrième système de circulation fluidique.The third inner part 165 is a shaped plate 167 having a hollowed-out area having a serpentine shape, which thus defines a fourth fluid circulation system 173. The frame plate 67 of the first exchange module 13 and the separation plate 19 are provided with superimposed through holes which define supply 169 and discharge 171 conduits for a fluid flowing in the fourth fluid circulation system.

Un mode de mise en oeuvre de l'échangeur de chaleur illustré sur la figure 15 est décrit ci-dessous.An implementation mode of the heat exchanger illustrated on the Figure 15 is described below.

Un premier fluide étant un mélange d'un premier composant fluide, par exemple de l'eau liquide, et d'un deuxième composant fluide, par exemple de l'ammoniac liquide, est introduit dans le premier système de circulation fluidique 21 par le conduit d'alimentation 151 où i1 est réparti dans la chambre de distribution 99 puis s'écoule, sous l'effet de la gravité, en direction de la chambre de collecte 101. Un deuxième fluide, plus chaud que le premier fluide, est mis en circulation à contre-courant dans le deuxième système de circulation fluidique 23 dans entre les conduit d'admission 27 et d'évacuation 29 correspondants. Le premier fluide est alors chauffé sous l'effet du transfert thermique avec le deuxième fluide, ce qui induit une transformation de phase du deuxième composant fluide, par exemple la vaporisation de l'ammoniac. Le deuxième composant fluide remonte alors la partie inférieure 91i de la portion centrale à contre-courant de l'écoulement du premier fluide. Son écoulement est alors bloqué par le premier fluide contenu dans la chambre de distribution 99. Il est ainsi dévié à travers la fente inférieure 147; dans la chambre de déviation 146.A first fluid being a mixture of a first fluid component, for example liquid water, and a second fluid component, for example liquid ammonia, is introduced into the first fluid circulation system 21 through the supply conduit 151 where it is distributed in the distribution chamber 99 and then flows, under the effect of gravity, towards the collection chamber 101. A second fluid, hotter than the first fluid, is circulated counter-currently in the second fluid circulation system 23 between the corresponding inlet 27 and outlet 29 conduits. The first fluid is then heated under the effect of heat transfer with the second fluid, which induces a phase transformation of the second fluid component, for example the vaporization of the ammonia. The second fluid component then rises up the lower part 91i of the central portion counter-currently to the flow of the first fluid. Its flow is then blocked by the first fluid contained in the distribution chamber 99. It is thus diverted through the lower slot 147; into the diversion chamber 146.

Le deuxième composant fluide remonte ensuite à travers la chambre de déviation 146 et traverse à nouveau la plaque de séparation 19 à travers la fente supérieure 147s. Il s'écoule ensuite dans la partie supérieure 91s de la portion centrale en direction de l'ouverture de sortie 149 de deuxième composant fluide pour extraire le deuxième composant fluide de l'échangeur.The second fluid component then rises through the deflection chamber 146 and again passes through the separation plate 19 through the upper slot 147 s . It flows then in the upper part 91 s of the central portion towards the outlet opening 149 of the second fluid component to extract the second fluid component from the exchanger.

Un fluide, par exemple identique au deuxième fluide, et plus froid que le deuxième composant fluide est mis en circulation à contre-courant du deuxième composant fluide, dans le quatrième système de circulation fluidique 173 entre les conduits d'alimentation 169 et d'évacuation 171 du quatrième système de circulation fluidique. Le deuxième composant fluide est ainsi refroidi lors de son écoulement entre le troisième système de circulation fluidique 145 et la sortie 149 de deuxième composant fluide.A fluid, for example identical to the second fluid, and colder than the second fluid component is circulated countercurrently to the second fluid component, in the fourth fluid circulation system 173 between the supply 169 and discharge 171 conduits of the fourth fluid circulation system. The second fluid component is thus cooled during its flow between the third fluid circulation system 145 and the outlet 149 of the second fluid component.

Lorsque le deuxième composant fluide passe à l'état gazeux dans la portion inférieure 91s, il est possible qu'une faible quantité du premier fluide passe aussi dans le même état gazeux. Avantageusement, le refroidissement par échange thermique avec le fluide circulant dans le quatrième système fluidique 173 entraîne la condensation du premier composant fluide qui est ainsi séparé du deuxième composant fluide. Le premier composant fluide recircule ensuite à l'état liquide sous l'effet de la gravité à travers la partie supérieure 91s puis inférieure 91i de la portion centrale jusqu'à la chambre de collecte 101 du premier liquide.When the second fluid component passes into the gaseous state in the lower portion 91s, it is possible that a small quantity of the first fluid also passes into the same gaseous state. Advantageously, the cooling by heat exchange with the fluid circulating in the fourth fluidic system 173 causes the condensation of the first fluid component which is thus separated from the second fluid component. The first fluid component then recirculates in the liquid state under the effect of gravity through the upper part 91s then lower part 91i of the central portion to the collection chamber 101 of the first liquid.

Le deuxième composant fluide, par exemple de l'ammoniac, ainsi séparé est de haute pureté.The second fluid component, for example ammonia, thus separated is of high purity.

D'autres variantes et améliorations peuvent être envisagées sans pour autant sortir du cadre de l'invention tel qu'il est défini par les revendications.Other variations and improvements may be envisaged without departing from the scope of the invention as defined by the claims.

Claims (15)

Echangeur de chaleur (1) comportant, superposés longitudinalement les uns sur les autres : - une pluralité de premier (13) et deuxième (15) modules d'échange dans lesquels des premier (21) et deuxième (23) systèmes de circulation fluidique sont formés, pour la circulation des premier et deuxième fluides respectivement, et - une pluralité de plaques de séparation (19), prises chacune en sandwich entre des premier (13) et deuxième (15) modules d'échange adjacents et au contact des premier et deuxième modules d'échange adjacents, chaque plaque de séparation déconnectant fluidiquement l'un de l'autre les premier et deuxième systèmes de circulation fluidique, au moins l'un des premier et deuxième modules d'échange comportant : - une plaque cadre (37,67,105) d'épaisseur constante, comportant une fenêtre (39,69,107,109) la traversant de part en part dans son épaisseur, et - une pièce intérieure (41,71,111,113) entièrement logée dans la fenêtre et d'épaisseur égale à l'épaisseur de la plaque cadre, la pièce intérieure consistant en a) une plaque de forme (43,119) consistant en au moins une zone évidée (47,141) traversant l'épaisseur de la plaque de forme de part en part et en une zone pleine (49,131) environnante et d'épaisseur constante, le système de circulation fluidique correspondant étant formé dans la zone évidée et délimité transversalement par la zone pleine environnante et longitudinalement par les plaques de séparation adjacentes audit module,
ou
b) un empilement (50,72,115) de plaques de forme (43,73,117), au moins une, de préférence chacune des plaques de forme consistant en au moins une zone évidée (47,93,123) traversant l'épaisseur de la plaque de forme de part en part et en une zone pleine (49,81,121) environnante et d'épaisseur constante, le système de circulation fluidique correspondant (21,23,50) étant défini par les zones évidées de l'empilement et délimité transversalement par les zones environnantes pleines et longitudinalement par les plaques de séparation adjacentes audit module d'échange correspondant.
Heat exchanger (1) comprising, superimposed longitudinally on each other: - a plurality of first (13) and second (15) exchange modules in which first (21) and second (23) fluid circulation systems are formed, for the circulation of the first and second fluids respectively, and - a plurality of separation plates (19), each sandwiched between first (13) and second (15) adjacent exchange modules and in contact with the first and second adjacent exchange modules, each separation plate fluidly disconnecting the first and second fluid circulation systems from each other, at least one of the first and second exchange modules comprising: - a frame plate (37,67,105) of constant thickness, comprising a window (39,69,107,109) passing right through its thickness, and - an interior part (41,71,111,113) entirely housed in the window and of thickness equal to the thickness of the frame plate, the interior part consisting of a) a shaped plate (43,119) consisting of at least one hollowed-out zone (47,141) passing through the thickness of the shaped plate from one side to the other and a surrounding solid zone (49,131) of constant thickness, the corresponding fluid circulation system being formed in the hollowed-out zone and delimited transversely by the surrounding solid zone and longitudinally by the separation plates adjacent to said module,
Or
b) a stack (50,72,115) of shaped plates (43,73,117), at least one, preferably each of the shaped plates consisting of at least one hollowed-out zone (47,93,123) passing through the thickness of the shaped plate from one side to the other and a surrounding solid zone (49,81,121) of constant thickness, the corresponding fluid circulation system (21,23,50) being defined by the hollowed-out zones of the stack and delimited transversely by the surrounding solid zones and longitudinally by the separation plates adjacent to said corresponding exchange module.
Echangeur de chaleur selon la revendication 1, la zone évidée (47,93,123,141) étant formée par découpe, de préférence par découpe par faisceau laser, par découpe par jet d'eau, ou par poinçonnage, de préférence par découpe par faisceau laser.Heat exchanger according to claim 1, the recessed area (47,93,123,141) being formed by cutting, preferably by laser beam cutting, by water jet cutting, or by punching, preferably by laser beam cutting. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, le contour de la fenêtre (77) et le contour extérieur (75) de la pièce intérieure, dans au moins un plan de coupe transversal, étant homothétiques l'un de l'autre.Heat exchanger according to any one of claims 1 and 2, the contour of the window (77) and the outer contour (75) of the inner part, in at least one transverse section plane, being homothetic to each other. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant une gorge (57,79) séparant la plaque cadre et la pièce intérieure l'une de l'autre, la largeur de la gorge étant de préférence constante.Heat exchanger according to any one of the preceding claims, comprising a groove (57,79) separating the frame plate and the inner part from each other, the width of the groove preferably being constant. Echangeur de chaleur selon la revendication précédente, comportant un joint d'étanchéité (59), de préférence torique, disposé dans la gorge, et qui est comprimé par les plaques de séparation adjacentes.Heat exchanger according to the preceding claim, comprising a seal (59), preferably toric, arranged in the groove, and which is compressed by the adjacent separation plates. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, la ou les plaques de forme et/ou la plaque de séparation et/ou la plaque cadre étant planes et présentant des faces parallèles.Heat exchanger according to any one of the preceding claims, the shaped plate(s) and/or the separation plate and/or the frame plate being flat and having parallel faces. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, au moins une partie de la zone évidée d'une des plaques de forme de l'empilement étant superposée à une zone pleine d'une autre plaque de forme adjacente de l'empilement, et vice versa. Heat exchanger according to any one of the preceding claims, at least part of the hollowed area of one of the shaped plates of the stack being superimposed on a solid area of another adjacent shaped plate of the stack, and vice versa. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, le système de circulation fluidique présentant, dans au moins un plan de coupe longitudinal, des profils différents en au moins deux positions différentes le long de l'axe transversal (Y) dudit plan de coupe, perpendiculaire à l'axe longitudinal (X).Heat exchanger according to any one of the preceding claims, the fluid circulation system having, in at least one longitudinal sectional plane, different profiles in at least two different positions along the transverse axis (Y) of said sectional plane, perpendicular to the longitudinal axis (X). Echangeur de chaleur selon la revendication précédente, le profil en une position selon l'axe transversal (Y) étant le rang de la ou des zones évidées dans l'empilement et/ou la hauteur du système de circulation fluidique en ladite position et/ou le nombre de zones évidées en ladite position.Heat exchanger according to the preceding claim, the profile in a position along the transverse axis (Y) being the rank of the hollowed-out zone(s) in the stack and/or the height of the fluid circulation system in said position and/or the number of hollowed-out zones in said position. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, l'empilement comportant au moins deux plaques de forme identiques.Heat exchanger according to any one of the preceding claims, the stack comprising at least two plates of identical shape. Echangeur de chaleur selon la revendication précédente, les plaques de forme identiques étant chacune dissymétriques, une des plaques de forme étant disposée de façon symétrique de l'autre plaque de forme par rapport à un plan longitudinal.Heat exchanger according to the preceding claim, the plates of identical shape each being asymmetrical, one of the shape plates being arranged symmetrically to the other shape plate relative to a longitudinal plane. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, les plaques de forme ayant chacune une épaisseur inférieure à 3 mm, voire inférieure à 2 mm, voire inférieure à 1 mm, et/ou étant d'épaisseur identique.Heat exchanger according to any one of the preceding claims, the shaped plates each having a thickness of less than 3 mm, or even less than 2 mm, or even less than 1 mm, and/or being of identical thickness. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, la plaque cadre et la ou les plaques de forme étant en des matériaux différents.Heat exchanger according to any one of the preceding claims, the frame plate and the shaped plate(s) being made of different materials. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, le deuxième module d'échange (15) comportant un troisième système de circulation fluidique déconnecté fluidiquement du deuxième système de circulation fluidique (145), les deuxième (23) et troisième (145) systèmes de circulation fluidique étant définis par des portions différentes de la ou des zones évidées de la pièce intérieure correspondante.Heat exchanger according to any one of the preceding claims, the second exchange module (15) comprising a third fluid circulation system fluidically disconnected from the second fluid circulation system (145), the second (23) and third (145) fluid circulation systems being defined by different portions of the hollowed-out zone(s) of the corresponding interior part. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, le deuxième module d'échange (15) comportant un troisième système de circulation fluidique (145) fluidiquement déconnecté du deuxième système de circulation fluidique (23), la plaque cadre correspondante comportant une deuxième fenêtre dans laquelle est disposée une deuxième pièce intérieure (113) qui délimite le troisième système de circulation fluidique.Heat exchanger according to any one of claims 1 to 14, the second exchange module (15) comprising a third fluid circulation system (145) fluidically disconnected from the second fluid circulation system (23), the corresponding frame plate comprising a second window in which is arranged a second interior part (113) which delimits the third fluid circulation system.
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