Brevet FR3131626A1 — publié le 20230707

Echangeur (1) de chaleur comprenant : - un corps (3) muni de plusieurs compartiments (10) dans lesquels un fluide est apte à circuler, et au moins un compartiment (11) obturé, et - des parois (5) de séparation disposées entre les compartiments (10,11) et destinées à séparer hermétiquement les compartiments (10,11) les uns des autres, - au moins une tête (9) de distribution ou de collecte, destinée à répartir un fluide dans les compartiments (10) ou à collecter le fluide sortant desdits compartiments (10), échangeur (1) de chaleur dans lequel, la tête (9) de distribution ou de collecte est fixée au corps (3) au moyen d’une opération de soudure et dans lequel, ledit au moins un compartiment (11) obturé est apte à se déformer suite à l’application de l’opération de soudure. Figure pour l'abrégé : Figure 2 Echangeur à plaques brasées avec compartiments obturés aptes à se déformer localement Domaine technique de l'invention L'invention appartient au domaine technique des échangeurs de chaleur. L’invention concerne plus précisément les échangeurs de chaleur à plaques remplis d’une poudre destinée à initier une réaction physico-chimique. Arrière-plan technique Les échangeurs de chaleur à plaques brasées sont classiquement utilisés dans l’industrie cryogénique pour la séparation et la liquéfaction des gaz, dans le domaine de l’énergie et de la pétrochimie. Dans le cadre d’une transition énergétique avec des objectifs de réduction majeure des émissions de CO2, de nombreux pays portent un intérêt croissant vers de nouvelles sources d’énergie. Dans ce contexte, les échangeurs de chaleur à plaques brasées sont amenés à s’adapter à de nouveaux procédés de taille industrielle. C’est le cas vis-à-vis des procédés de liquéfaction d’hydrogène liés au développement de la mobilité hydrogène. L’hydrogène, par exemple, est plus stable à basse température lorsqu’il est à l’état para hydrogène contrairement à l’état ortho hydrogène. A basse température, notamment celle de liquéfaction, l’ortho hydrogène a tendance à se transformer spontanément en para hydrogène ce qui libère de la chaleur indésirable. Afin de conserver l’hydrogène à l’état liquide, deux options existent. Une première option consiste à extraire en continu et au fur et à mesure la chaleur dégagée par la conversion de l’ortho hydrogène en para hydrogène. En pratique, cette technique s’avère être particulièrement énergivore, et non rentable à échelle industrielle. Une deuxième option consiste à éliminer l’ortho hydrogène en le convertissant en para hydrogène. Une réaction de catalyse exothermique combinée avec un refroidissement permet de convertir la majeure partie de l’ortho hydrogène en para hydrogène. Les conversions spontanées de l’ortho hydrogène en para hydrogène sont alors réduites. Cette seconde option est un des cadres dans lequel, peut s’inscrire la présente invention. En raison de l’utilisation d’un catalyseur, souvent sous forme de poudre insérée dans l’échangeur de chaleur après les opérations de brasage, il s’avère nécessaire d’utiliser des têtes de distribution de l’hydrogène avec de grandes ouvertures de section sensiblement égale à celle dudit échangeur de chaleur. Ceci afin d’assurer une répartition homogène de la poudre dans les compartiments de l’échangeur. Ainsi les têtes de distribution présentent des dimensions particulièrement importantes, ce qui n’est pas sans conséquence sur l’échangeur de chaleur. Les échangeurs de chaleur traditionnels comprennent généralement des barres longitudinales et d’extrémités définissant des compartiments séparés les uns des autres par des parois de séparation hermétiques. Dans le cas de têtes de distribution dont la section est sensiblement égale à la section de l’échangeur de chaleur, les barres d’extrémités sont inexistantes dans les compartiments contenant du catalyseur, car elles feraient obstacle à l’insertion du catalyseur sous forme de poudre. Toutefois, la structure générale de l’échangeur est alors fragilisée car les barres d’extrémités participent à la tenue mécanique de l’échangeur de chaleur et à la distribution des contraintes de soudage. Lors de l’opération d’assemblage des têtes de distribution sur l’échangeur de chaleur, celles-ci sont soudées sur ledit échangeur de chaleur. Le refroidissement de la soudure, la dilatation des matériaux et contraction des matériaux provoquent des contraintes mécaniques qui peuvent déformer la structure principale de l’échangeur de chaleur ce qui réduit son efficacité. Un autre inconvénient est que ces déformations rendent plus difficiles les opérations de remplissage de l’échangeur de chaleur avec du catalyseur sous forme de poudre et entraînent une maldistribution du catalyseur dommageable à la performance de l’appareil. L’invention vise à remédier à ces inconvénients. A cet effet, il est proposé en premier lieu un échangeur de chaleur comprenant : - un corps muni de plusieurs compartiments dans lesquels un fluide est apte à circuler, et au moins un compartiment obturé, et - des parois de séparation disposées entre les compartiments et destinées à séparer hermétiquement les compartiments les uns des autres, - au moins une tête de distribution ou de collecte, destinée à répartir un fluide dans les compartiments ou à collecter le fluide sortant desdits compartiments, échangeur de chaleur dans lequel, la tête de distribution ou de collecte est fixée au corps au moyen d’une opération de soudure et dans lequel, ledit au moins un compartiment obturé est apte à se déformer suite à l’application de l’opération de soudure. Un tel échangeur de chaleur permet à la structure de l’échangeur d’absorber les contraintes mécaniques inhérentes au refroidissement de la soudure. Il devient ainsi plus aisé de le remplir avec de la poudre. Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues seules ou en combinaison : - celui-ci comprend une barre de fermeture d’extrémité agencée à l’intérieur d’un compartiment d’extrémité, ladite barre de fermeture d’extrémité étant apte à bloquer l’entrée d’un fluide dans le compartiment d’extrémité, échangeur dans lequel, la soudure est pratiquée dans un orifice délimité latéralement d’un côté par la tête de distribution et d’un autre côté par la barre de fermeture d’extrémité ; - celui-ci comprend un compartiment au moins en partie déformable, ledit compartiment étant adjacent au compartiment d’extrémité ; - le compartiment déformable comporte une zone déformable apte à se déformer ; - la zone déformable s’étend depuis l’entrée du corps sur une distance minimale de 3 centimètres, mesurée selon une direction longitudinale du corps ; - le corps comprend un compartiment de renforcement dans lequel un fluide est apte à circuler, adjacent au compartiment déformable ; - des plaquettes d'ondes déformables définissant des canaux de circulation d’un fluide sont agencées dans la zone déformable du compartiment déformable, et des plaquettes d’ondes de renforcement définissant des canaux de circulation d’un fluide sont agencées dans le compartiment de renforcement, les plaquettes d’ondes du compartiment déformable ayant une charge critique de flambage inférieure à la charge critique de flambage des plaquettes d’ondes de renforcement ; - les plaquettes d’ondes de renforcement sont agencées dans une zone renforcée du compartiment de renforcement, ladite zone renforcée s’étendant sur une distance mesurée depuis l’entrée du corps sur une distance minimale de 3 centimètres, mesurée selon une direction longitudinale du corps ; - la section de la tête de distribution ou de collecte est sensiblement égale à la section du corps ; - le corps contient une poudre destinée à initier une réaction physico-chimique ; - la poudre est agencée dans les compartiments dans lesquels un fluide est apte à circuler. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : La est une représentation schématique en perspective d’une portion d’un échangeur de chaleur selon l’invention. La est une représentation schématique d’une coupe de l’échangeur de chaleur selon l’invention. Echangeur (1) de chaleur comprenant : - un corps (3) muni de plusieurs compartiments (10) dans lesquels un fluide est apte à circuler, et au moins un compartiment (11) obturé, et - des parois (5) de séparation disposées entre les compartiments (10,11) et destinées à séparer hermétiquement les compartiments (10,11) les uns des autres, - au moins une tête (9) de distribution ou de collecte, destinée à répartir un fluide dans les compartiments (10) ou à collecter le fluide sortant desdits compartiments (10), échangeur (1) de chaleur dans lequel, la tête (9) de distribution ou de collecte est fixée au corps (3) au moyen d’une opération de soudure et dans lequel, ledit au moins un compartiment (11) obturé est apte à se déformer suite à l’application de l’opération de soudure. Echangeur (1) de chaleur selon la revendication 1 dans lequel, celui-ci comprend une barre (13) de fermeture d’extrémité agencée à l’intérieur d’un compartiment (6) d’extrémité, ladite barre (13) de fermeture d’extrémité étant apte à bloquer l’entrée d’un fluide dans le compartiment (6) d’extrémité, échangeur (1) dans lequel, la soudure est pratiquée dans un orifice (14) délimité latéralement d’un côté par la tête (9) de distribution et d’un autre côté par la barre (13) de fermeture d’extrémité. Echangeur (1) de chaleur selon la revendication 2 dans lequel, celui-ci comprend un compartiment (16) au moins en partie déformable, ledit compartiment (16) étant adjacent au compartiment (6) d’extrémité. Echangeur (1) de chaleur selon la revendication 3 dans lequel, le compartiment (16) déformable comporte une zone (18) déformable apte à se déformer. Echangeur (1) de chaleur selon la revendication 4 dans lequel la zone (18) déformable s’étend depuis l’entrée (17) du corps (3) sur une distance (d) minimale de 3 centimètres, mesurée selon une direction longitudinale du corps (3). Echangeur (1) de chaleur selon l’une quelconque des revendications 3 à 5 dans lequel, le corps (3) comprend un compartiment (19) de renforcement dans lequel un fluide est apte à circuler, adjacent au compartiment (16) déformable. Echangeur (1) de chaleur selon la revendication 6 dans lequel, des plaquettes (30) d'ondes déformables définissant des canaux de circulation d’un fluide sont agencées dans la zone (18) déformable du compartiment (16) déformable, et des plaquettes (40) d’ondes de renforcement définissant des canaux de circulation d’un fluide sont agencées dans le compartiment (19) de renforcement, les plaquettes (30) d’ondes du compartiment (16) déformable ayant une charge critique de flambage inférieure à la charge critique de flambage des plaquettes (40) d’ondes de renforcement. Echangeur (1) de chaleur selon la revendication 7 dans lequel, les plaquettes (40) d’ondes de renforcement sont agencées dans une zone (22) renforcée du compartiment (19) de renforcement, ladite zone (22) renforcée s’étendant sur une distance (r) mesurée depuis l’entrée (17) du corps (3) sur une distance minimale de 3 centimètres, mesurée selon une direction longitudinale du corps (3). Echangeur (1) de chaleur selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel, la section de la tête (9) de distribution ou de collecte est sensiblement égale à la section du corps (3). Echangeur (1) de chaleur selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel, le corps (3) contient une poudre destinée à initier une réaction physico-chimique. Echangeur (1) de chaleur selon la revendication 10 dans lequel, la poudre est agencée dans les compartiments (10) dans lesquels un fluide est apte à circuler.