Brevet FR3131625A1 — publié le 20230707

Echangeur (1) de chaleur comportant : - un corps (3) muni de plusieurs compartiments (4), chaque compartiment (4) définissant un volume intérieur dans lequel un fluide est apte à circuler, chaque compartiment (4) comportant au moins une ouverture (5) qu’un fluide traverse pour entrer ou sortir dudit volume intérieur, - une paroi (6) de séparation disposée entre chaque compartiment (4) et séparant les volumes intérieurs les uns des autres, - une paroi (9) de fermeture agencée sur chaque compartiment (7) d’extrémité et destinée à fermer le volume intérieur d’extrémité desdits compartiments (7) d’extrémité, échangeur (1) de chaleur dans lequel, celui-ci comprend une pluralité de cales (12) agencées à l’intérieur des compartiments (4) et le long des ouvertures (5). Figure pour l'abrégé : Figure 2 Echangeur de chaleur comprenant des cales de maintien 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 comportant : - un corps muni de plusieurs compartiments, chaque compartiment définissant un volume intérieur dans lequel un fluide est apte à circuler, chaque compartiment comportant au moins une ouverture qu’un fluide traverse pour entrer ou sortir dudit volume intérieur, - une paroi de séparation disposée entre chaque compartiment et séparant les volumes intérieurs les uns des autres, - une paroi de fermeture agencée sur chaque compartiment d’extrémité et destinée à fermer le volume intérieur d’extrémité desdits compartiments d’extrémité, échangeur de chaleur dans lequel, celui-ci comprend une pluralité de cales agencées à l’intérieur des compartiments et le long des ouvertures, lesdites cales étant aptes à maintenir une distance séparant deux parois de séparation adjacentes et/ou lesdites cales étant aptes à maintenir une distance séparant la paroi de fermeture, de la paroi de séparation adjacente à ladite paroi de fermeture. 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 au moins une tête de distribution du fluide dans les compartiments, les cales étant situées au voisinage de ladite tête de distribution ; - les cales sont agencées sensiblement à une extrémité longitudinale du corps, ladite extrémité longitudinale étant située à la frontière entre la tête de distribution et le corps ; - les cales sont munies d’au moins une perforation permettant le passage d’un fluide et/ou d’une poudre au travers desdites cales ; - les cales comportent une première face destinée à venir au contact d’une paroi de séparation et une deuxième face opposée à la première face, destinée à venir en contact d’une autre paroi de séparation ou d’une paroi de fermeture ; - dans un même compartiment, les cales sont agencées les unes à côté des autres et espacées les unes des autres d’une distance comprise entre 5 et 30 centimètres ; - des cales sont agencées dans au moins deux compartiments, comportant une ouverture et adjacents l’un de l’autre, lesdites cales étant sensiblement alignées les unes en dessous des autres ; - les cales sont agencées dans le compartiment d’extrémité situé à une première extrémité transversale et à une deuxième extrémité transversale opposée à la première extrémité transversale dudit échangeur de chaleur, et des cales sont agencées dans un compartiment adjacent audit compartiment d’extrémité ; - les cales sont de forme parallélépipédique ; - les cales sont de forme cylindrique ; - les cales sont en forme d’ellipse. 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 comprenant des cales selon l’invention. La est une représentation schématique d’une cale de la . La est une représentation schématique d’une coupe de l’échangeur de chaleur comprenant des cales selon l’invention. Echangeur (1) de chaleur comportant : - un corps (3) muni de plusieurs compartiments (4), chaque compartiment (4) définissant un volume intérieur dans lequel un fluide est apte à circuler, chaque compartiment (4) comportant au moins une ouverture (5) qu’un fluide traverse pour entrer ou sortir dudit volume intérieur, - une paroi (6) de séparation disposée entre chaque compartiment (4) et séparant les volumes intérieurs les uns des autres, - une paroi (9) de fermeture agencée sur chaque compartiment (7) d’extrémité et destinée à fermer le volume intérieur d’extrémité desdits compartiments (7) d’extrémité, échangeur (1) de chaleur dans lequel, celui-ci comprend une pluralité de cales (12) agencées à l’intérieur des compartiments (4) et le long des ouvertures (5), lesdites cales (12) étant aptes à maintenir une distance (d) séparant deux parois (6) de séparation adjacentes et/ou lesdites cales (12) étant aptes à maintenir une distance (d) séparant la paroi (9) de fermeture, de la paroi (6) de séparation adjacente à ladite paroi (9) de fermeture. Echangeur (1) de chaleur selon la revendication 1 dans lequel, celui-ci comprend au moins une tête (10) de distribution du fluide dans les compartiments (4), les cales (12) étant situées au voisinage de ladite tête (10) de distribution. Echangeur de chaleur selon la revendication 2 dans lequel, les cales (12) sont agencées sensiblement à une extrémité (13) longitudinale du corps (3), ladite extrémité (13) longitudinale étant située à la frontière entre la tête (10) de distribution et le corps (3). Echangeur (1) de chaleur selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel, les cales (12) sont munies d’au moins une perforation (14) permettant le passage d’un fluide et/ou d’une poudre au travers desdites cales (12). Echangeur (1) de chaleur selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel, les cales (12) comportent une première face (15) destinée à venir au contact d’une paroi (6) de séparation et une deuxième face (16) opposée à la première face (15), destinée à venir en contact d’une autre paroi (6) de séparation ou d’une paroi (9) de fermeture. Echangeur (1) de chaleur selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel, dans un même compartiment (4), les cales (12) sont agencées les unes à côté des autres et espacées les unes des autres d’une distance (k) comprise entre 5 et 30 centimètres. Echangeur (1) de chaleur selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel, des cales (12) sont agencées dans au moins deux compartiments (4), comportant une ouverture (5) et adjacents l’un de l’autre, lesdites cales (12) étant sensiblement alignées les unes en dessous des autres. Echangeur de chaleur selon la revendication 7 dans lequel, les cales (12) sont agencées dans le compartiment (7) d’extrémité situé à une première extrémité (8) transversale et à une deuxième extrémité (8’) transversale opposée à la première extrémité (8) transversale dudit échangeur (1) de chaleur, et des cales (12) sont agencées dans un compartiment (17) adjacent audit compartiment (7) d’extrémité. Echangeur (1) de chaleur selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel, les cales (12) sont de forme parallélépipédique. Echangeur (1) de chaleur selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 dans lequel, les cales sont de forme cylindrique. Echangeur (1) de chaleur selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 dans lequel, les cales sont en forme d’ellipse.