(19) |
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(11) |
EP 0 566 435 B1 |
(12) |
FASCICULE DE BREVET EUROPEEN |
(45) |
Mention de la délivrance du brevet: |
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24.04.1996 Bulletin 1996/17 |
(22) |
Date de dépôt: 23.03.1993 |
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(54) |
Echangeur de chaleur à ruissellement et installation de distillation d'air comportant
un tel échangeur
Rieselwärmetauscher und Lufttrennungseinrichtung mit einem solchen Wärmetauscher
Trickle heat-exchanger and an air destillation comprising such a heat-exchanger
|
(84) |
Etats contractants désignés: |
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DE ES FR GB IT |
(30) |
Priorité: |
17.04.1992 FR 9204804
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(43) |
Date de publication de la demande: |
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20.10.1993 Bulletin 1993/42 |
(73) |
Titulaire: L'AIR LIQUIDE, SOCIETE ANONYME POUR
L'ETUDE ET L'EXPLOITATION DES PROCEDES
GEORGES CLAUDE |
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F-75321 Paris Cédex 07 (FR) |
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(72) |
Inventeurs: |
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- Lehman, Jean-Yves
F-94700 Maisons Alfort (FR)
- Muller, Christiane
F-78220 Viroflay (FR)
- Rousseau, Frédéric
F-75014 Paris (FR)
- Tosi, Cécile
F-92330 Sceaux (FR)
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(74) |
Mandataire: Le Moenner, Gabriel et al |
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L'AIR LIQUIDE
75, Quai d'Orsay F-75321 Paris Cédex 07 F-75321 Paris Cédex 07 (FR) |
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Il est rappelé que: Dans un délai de neuf mois à compter de la date de publication
de la mention de la délivrance de brevet européen, toute personne peut faire opposition
au brevet européen délivré, auprès de l'Office européen des brevets. L'opposition
doit être formée par écrit et motivée. Elle n'est réputée formée qu'après paiement
de la taxe d'opposition. (Art. 99(1) Convention sur le brevet européen). |
[0001] La présente invention est relative à un échangeur de chaleur à ruissellement de liquide
pour vaporiser un liquide par échange de chaleur avec un deuxième fluide, du type
comprenant un corps parallélépipédique formé d'un assemblage de plaques verticales
parallèles définissant entre elles une multitude de passages plats répartis en un
ensemble de passages de vaporisation et en un ensemble de passages de chauffage, chaque
passage, dans sa partie courante d'échange de chaleur, contenant une onde-entretoise
à génératrices verticales, des moyens de distribution du liquide étant prévus à l'extrémité
supérieure de l'échangeur pour distribuer le liquide sur toute la longueur des passages
de vaporisation, et des moyens étant prévus pour envoyer le deuxième fluide dans les
passages de chauffage. Un tel échangeur est connu, par exemple, du document EP-A-0
130 122. Elle s'applique en particulier aux installations de distillation de l'air.
[0002] Dans les installations de distillation d'air du type à double colonne, l'oxygène
liquide qui se trouve en cuve de la colonne basse pression est vaporisé par échange
de chaleur avec l'azote gazeux de tête de la colonne moyenne pression. Pour une pression
de fonctionnement donnée de la colonne basse pression, l'écart de température entre
l'oxygène et l'azote rendu nécessaire par la structure de l'échangeur de chaleur impose
la pression de fonctionnement de la colonne moyenne pression. Il est donc souhaitable
que cet écart de température soit le plus faible possible, afin de minimiser les dépenses
liées à la compression de l'air à traiter injecté dans la colonne moyenne pression.
[0003] Pour atteindre ce but en bénéficiant de la technologie très avantageuse des échangeurs
de chaleur à plaques brasées, le EP-A-0 130 122 au nom de la Demanderesse a proposé
un mode particulièrement efficace de distribution de l'oxygène liquide.
[0004] Cependant, quel que soit le mode de distribution adopté, la technologie actuelle
connaît certaines limites. Celles-ci sont dues au fait que, alors que l'oxygène liquide
se trouve à une pression qui n'est que légèrement supérieure à la pression atmosphérique,
l'oxygène gazeux résultant de la vaporisation doit s'évacuer de lui-même de l'échangeur.
La perte de charge du trajet de l'oxygène gazeux doit donc être très faible. Dans
toutes les solutions connues, cette contrainte limite la hauteur de l'échangeur, et
plus généralement ses performances.
[0005] L'invention a pour but de permettre d'augmenter la hauteur d'un tel échangeur de
chaleur ou, à hauteur donnée, de réduire la perte de charge de l'écoulement de l'oxygène
vaporisé. A cet effet, elle a pour objet un échangeur de chaleur du type précité,
caractérisé en ce que lesdits moyens de distribution sont disposés dans des compartiments
fermés à leur extrémité supérieure et situés chacun au-dessus d'un passage de chauffage,
dont il est séparé par une barrette horizontale, en ce qu'une fente horizontale, s'étendant
sur toute la longueur de l'échangeur, juste au-dessus de la barrette, met la partie
inférieure du compartiment en communication libre avec un passage de vaporisation
adjacent, et en ce que les passages de vaporisation sont ouverts à leurs deux extrémités
supérieure et inférieure, sur toute leur longueur, et contiennent au plus une onde-entretoise
à génératrices verticales en tout point de leur hauteur.
[0006] Suivant des modes particuliers de réalisation de l'invention :
- les passages de vaporisation sont dépourvus de toute onde-entretoise en regard des
fentes;
- la surface supérieure de la barrette est inclinée latéralement vers la fente;
- les moyens de distribution du liquide comprennent, d'une part, une barre horizontale
s'étendant sur toute la longueur de chaque compartiment, à un niveau intermédiaire
de celui-ci, cette barre ayant une épaisseur égale à l'espacement mutuel des plaques
et comportant des ouvertures de prédistribution du liquide, et d'autre part, au-dessous
de cette barre, un garnissage de distribution fine du liquide sur toute la longueur
horizontale du compartiment;
- lesdites ouvertures forment une rangée horizontale de trous équidistants les uns des
autres;
- la barre comporte sur une face verticale un ou plusieurs évidements arrière fermés
en bas et ouverts vers le haut et sur son autre face verticale un ou plusieurs évidements
avant ouverts vers le bas et fermés vers le haut, et en ce que lesdites ouvertures
sont ménagées à travers une paroi verticale commune aux évidements avant et arrière;
- la barre comporte plusieurs évidements arrière espacés les uns des autres, et plusieurs
évidements avant espacés les uns des autres;
- les évidements avant ont une forme évasée vers le bas;
- le garnissage est une onde à génératrices horizontales dont les flancs sont munis
de crevés;
- le garnissage est espacé de la surface supérieure de la barrette;
- l'échangeur comporte une boîte d'entrée latérale de liquide dans lesdits compartiments,
le point bas de cette boîte se trouvant au-dessous du point bas de la fenêtre d'entrée
de ces compartiments.
[0007] L'invention a également pour objet une installation de séparation d'air par distillation,
du type comprenant une première colonne de distillation fonctionnant sous une pression
relativement élevée, une deuxième colonne de distillation fonctionnant sous une pression
relativement faible, et un échangeur de chaleur permettant de mettre l'oxygène liquide
de cuve de la deuxième colonne en relation d'échange thermique avec l'azote gazeux
de tête de la première colonne, caractérisée en ce que l'échangeur de chaleur est
tel que défini ci-dessus, et en ce que l'installation comprend des moyens d'alimentation
pour fournir l'oxygène liquide auxdits moyens de distribution du liquide, et des moyens
d'alimentation des passages de chauffage en azote gazeux.
[0008] Des exemples de mise en oeuvre de l'invention vont maintenant être décrits en regard
des dessins annexés. Sur ces dessins :
- la Figure 1 est un schéma partiel d'une installation de distillation d'air conforme
à l'invention;
- la Figure 2 représente en coupe verticale, à plus grande échelle, la région II de
la Figure 1, la coupe étant prise suivant la ligne II-II de la Figure 4;
- la Figure 3 est une vue partielle en plan prise suivant la flèche III de la Figure
2;
- la Figure 4 est une vue prise en coupe suivant la ligne IV-IV de la Figure 2; et
- la Figure 5 est une vue analogue d'une variante.
[0009] La Figure 1 illustre une possibilité d'implantation d'un échangeur de chaleur oxygène-azote
dans une installation de distillation d'air du type à double colonne. Cette installation
comprend une colonne moyenne pression 1 au bas de laquelle est injecté l'air à traiter,
sous une pression de l'ordre de 6 bars absolus. Le liquide enrichi en oxygène qui
est recueilli en cuve de la colonne 1 est envoyé en reflux au milieu de la hauteur
d'une deuxième colonne (non représentée), dite colonne basse pression, qui fonctionne
légèrement au-dessus de la pression atmosphérique. L'azote gazeux qui se trouve en
tête de la colonne 1 est mis en relation d'échange de chaleur indirect avec l'oxygène
liquide recueilli en cuve de la colonne basse pression; l'azote condensé résultant
sert de reflux dans la colonne 1 et dans la colonne basse pression, tandis que l'oxygène
vaporisé résultant est renvoyé au bas de la colonne basse pression.
[0010] Les deux colonnes de distillation peuvent notamment être du type à garnissage, ce
qui contribue également au gain en énergie par abaissement de la pression de marche
de l'installation, qui est celle de la colonne 1.
[0011] L'échange de chaleur entre l'oxygène et l'azote s'opère dans un échangeur 2 qui est
monté au-dessus de la colonne 1, tandis que la colonne basse pression est juxtaposée
à cette dernière.
[0012] L'échangeur 2 est constitué d'une enveloppe étanche 3 dont l'essentiel de la hauteur
contient un ensemble de plaques parallèles 4 de forme rectangulaire en aluminium,
d'une longueur de l'ordre de 1 à 1,5 m et d'une hauteur de l'ordre de 3 à 7 m, entre
lesquelles des ondes également en aluminium sont fixées par brasage.
[0013] Un espace sous une pression légèrement supérieure à celle de la colonne basse pression
(par exemple de l'ordre de 1,4 bar), situé au niveau de l'extrémité supérieure des
plaques 4, en regard de l'une de leurs tranches verticales, renferme un bain d'oxygène
liquide 5 alimenté en pluie par une conduite 6 provenant de la cuve de la colonne
basse pression et munie d'une pompe (non représentée). Cette dernière peut être commandée
par un régulateur du niveau du bain 5, ou, en variante, par un régulateur de débit.
Au sommet de l'échangeur 2, l'enveloppe 3 forme un dôme 7 qui contient le bain 5.
De ce dôme part une conduite 8 de renvoi au bas de la colonne basse pression de l'oxygène
vaporisé provenant du bain 5, résultant des entrées de chaleur au niveau de la pompe
et des tuyauteries, et d'une partie de l'oxygène vaporisé dans l'échangeur 2.
[0014] L'ensemble des plaques 4 est alimenté à sa partie supérieure en azote gazeux sous
6 bars par une boîte d'alimentation horizontale 9, située sous le bain 5, qui communique
par une conduite 10 avec la tête de la colonne moyenne pression. L'évacuation de l'azote
condensé s'effectue à la base des plaques 4 par une boîte collectrice horizontale
11 qui communique par une conduite 12 avec une rigole gardée 13 disposée en tête de
la colonne 1. Sur la boîte 11 est piqué un tuyau 14 d'évacuation des gaz rares incondensables.
[0015] Une conduite 15 relie la cuve de la colonne basse pression à l'espace situé dans
l'enveloppe 3, au-dessous des plaques 4. Cette conduite pénètre verticalement dans
cet espace par le point bas de l'enveloppe 3, et son extrémité supérieure est surmontée
d'un déflecteur conique 16. Du fond de l'enveloppe 3 part également une conduite 17
destinée à ramener en cuve de la colonne basse pression l'oxygène liquide en excès.
[0016] La structure de la partie active de l'échangeur 2, c'est-à-dire de l'ensemble de
plaques 4, va maintenant être décrite en regard des Figures 2 à 4.
[0017] Dans cette région, l'échangeur a une forme parallélépipédique, et l'enveloppe 3 est
définie par les tranches des plaques 4 et par des barrettes-entretoises qui ferment
les passages que ces plaques définissent, sauf aux emplacements d'entrée et de sortie
des fluides. Les plaques 4 définissent une multitude de passages destinés alternativement
à l'écoulement de l'oxygène (passages 18) et à l'écoulement de l'azote (passages 19).
Sur la majeure partie de leur hauteur, les passages 18 et 19 contiennent chacun une
onde-entretoise 20 constituée d'une tôle d'aluminium perforée ondulée à génératrices
verticale.
[0018] Les ondes 20 des passages d'azote se terminent, en haut comme en bas, avant les ondes
20 des passages d'oxygène. En bas des plaques 4, ces ondes des passages 20 sont prolongées
par des ondes obliques de collection d'azote (non représentées) qui aboutissent à
l'entrée de la boîte collectrice 11. A leur extrémité supérieure, ces mêmes ondes
20 sont prolongées par des ondes obliques 21 de distribution d'azote qui débouchent,
par une fenêtre latérale 21A de l'échangeur, à la sortie de la boîte d'alimentation
9. Au-dessus des ondes 21, les passages 19 d'azote sont fermés par des barrettes horizontales
22. D'autres barrettes horizontales (non représentées) ferment l'extrémité inférieure
des passages d'azote au-dessous des zones de collection de l'azote. Au-dessus des
barrettes 22, chaque passage d'azote est prolongé par un compartiment 23 de distribution
d'oxygène liquide fermé à l'extrémité supérieure de l'échangeur par une barrette horizontale
24. Le compartiment 23 contient, de haut en bas : une onde-entretoise oblique 25 (ou,
en variante, une onde perforée à génératrices horizontales) de distribution grossière
de l'oxygène liquide sur toute la longueur du compartiment, cette onde débouchant
latéralement, via une fenêtre latérale 26 de l'échangeur, dans le bain 5 (Figure 2);
une barre perforée 27 de prédistribution d'oxygène liquide; et un garnissage 28 de
distribution fine d'oxygène liquide. Un espace libre 29 est ménagé entre ce garnissage
et la surface supérieure de la barrette 22.
[0019] La barre perforée 27 est usinée à partir d'une ébauche parallélépipédique dont l'épaisseur
est égale à l'espacement des plaques 4, soit de l'ordre de 5 à 15 mm, et dont la longueur
est égale à celle de ces plaques. Dans l'une de ses grandes faces sont usinés une
série d'évidements arrière (en considérant la Figure 2) 30 en U, ouverts vers le haut,
et dans son autre face sont usinés une série d'évidements avant 31 à peu près en demi-cercle,
ouverts vers le bas. Chaque évidement 31 se trouve longitudinalement en regard d'un
évidement 30 et chevauche celui-ci en hauteur, de sorte qu'il existe, à peu près à
mi-épaisseur de la barrette (Figure 4), une mince paroi verticale 32 commune aux deux
évidements. Cette paroi est percée d'un trou circulaire 33. Les trous 33 sont répartis
à intervalles réguliers le long de la barre perforée 27.
[0020] Le garnissage 28 est constitué par une onde à génératrices horizontales (disposition
dite "en hard way" par rapport à l'écoulement de l'oxygène liquide) non perforée mais
du type "serrated". Ceci signifie qu'à intervalles réguliers, chaque facette horizontale
ou pseudo-horizontale de l'onde est pourvue d'un crevé décalé vers le haut d'un quart
de pas d'onde. La largeur des crevés, mesurée le long d'une génératrice de l'onde,
est du même ordre que la distance qui sépare chacun d'eux des deux crevés adjacents
situés sur la même facette.
[0021] Les passages 18 de vaporisation d'oxygène sont ouverts à leurs deux extrémités supérieure
et inférieure. Ils contiennent l'onde 20 de l'extrémité inférieure jusqu'au niveau
des barrettes 22, sont dépourvus de toute onde en regard de l'espace 29, puis, du
niveau supérieur de cet espace 29 jusqu'à leur extrémité supérieure, ils contiennent
une autre onde-entretoise 20A analogue à l'onde 20 mais à pas plus grand. La région
de chaque passage 18 dépourvue d'onde communique librement avec l'espace 29 d'un passage
19 adjacent à travers une fente horizontale 34 de même hauteur s'étendant sur toute
la longueur de l'échangeur. Ainsi, une plaque 4 sur deux est continue sur toute l'étendue
de l'échangeur, tandis qu'une plaque sur deux est en fait constituée d'une plaque
rectangulaire 4A qui ne s'étend vers le haut que jusqu'à la barrette 22, et d'une
plaque rectangulaire 4B qui délimite le compartiment 23 de distribution d'oxygène
liquide. La surface supérieure 35 de la barrette 22 est inclinée latéralement de façon
à descendre de la plaque 4 adjacente jusqu'au bord supérieur de la plaque 4A en regard.
Grâce à un décrochement de la barrette 22, cette surface s'étend légèrement au-delà
de la face de la plaque 4A qui délimite le passage 18.
[0022] En fonctionnement, le bain d'oxygène liquide 5 est maintenu à un niveau à peu près
constant, sans dépasser la face supérieure d'une plaque verticale 5A soudée sur l'échangeur
au-dessus des fenêtres 26. Ainsi, l'oxygène liquide pénètre latéralement dans les
compartiments 23, par une de leurs extrémités à travers les fenêtres 26. Simultanément,
l'azote gazeux sous 6 bars absolus pénètre dans la partie supérieure des passages
19, par une extrémité de ces passages, via la boîte 9 et les ondes de distribution
21.
[0023] L'oxygène liquide forme ainsi une colonne de liquide de hauteur pratiquement uniforme
au-dessus de tous les trous 33. Il est prédistribué sur toute la longueur des passages
18 en un certain nombre de jets 36 par ces trous 33, puis tombe librement sur le garnissage
28, lequel, de par sa constitution et sa disposition, assure une distribution fine
de l'oxygène liquide tout le long des passages 18. L'oxygène liquide tombe donc uniformément
sur la surface inclinée 35 des barrettes 22, puis se déverse à travers les fentes
34 dans les passages 18.
[0024] Un film d'oxygène liquide ruisselle ainsi sur toutes les surfaces métalliques contenues
dans les passages 18, c'est-à-dire sur les plaques 4 et 4A et sur les ondes 20, et
il se vaporise partiellement par échange de chaleur indirecte avec l'azote en cours
de condensation du haut vers le bas dans les passages 19 alternés.
[0025] Comme indiqué plus haut, les passages 18 sont non seulement ouverts vers le haut
et vers le bas, mais encore dépourvus au maximum, sur toute leur hauteur, d'obstacles
à l'écoulement de l'oxygène gazeux. En effet, en n'importe quel point de leur hauteur,
ces passages sont soit vides (en regard de la fente 34), soit pourvus d'une simple
onde 20, 20A à génératrices verticales et à pas relativement grand. L'onde 20 améliore
l'échange de chaleur avec l'azote par effet d'ailettes, tandis que l'onde 20A sert
uniquement d'entretoise et peut même éventuellement être partiellement supprimée.
[0026] Il résulte de ceci qu'une partie de l'oxygène vaporisé peut sortir de l'échangeur
par le haut et donc s'ajouter, dans le dôme supérieur 7, aux évaporations du bain
5 (Figure 1), le reste de l'oxygène vaporisé sortant de l'échangeur par le bas en
même temps que l'oxygène liquide en excès puis s'évacuant via la conduite 15. Les
deux trajets de sortie de l'oxygène vaporisé sont parcourus par un débit gazeux réduit,
et chaque trajet impose de plus une perte de charge minimale à l'écoulement de ce
gaz. Finalement, la hauteur de l'échangeur peut être augmentée.
[0027] Il est à noter que grâce à la structure des barres perforées 27, les trous 33 sont
à axe horizontal et il existe un cul-de-sac 37 sur la face arrière de la barre, au-dessous
de ces trous. Les éventuelles impuretés solides contenues dans l'oxygène liquide peuvent
ainsi se déposer dans ces culs-de-sac, ce qui protège les trous 33 contre les risques
de bouchage.
[0028] De même, la configuration de l'enveloppe 3 dans la région du bain d'oxygène liquide
5 forme un cul-de-sac 38 adjacent aux fenêtres d'entrée 26 et situé sous celles-ci,
ce qui permet aux impuretés solides les plus grosses de se décanter dans ce cul-de-sac,
en sortant de la conduite d'alimentation 6, comme indiqué en 39 sur la Figure 2.
[0029] Si, dans une application particulière, cette décantation est jugée suffisante pour
éviter tout risque de bouchage des trous 33, on peut avoir recours à la variante de
la Figure 5. Celle-ci ne diffère de la précédente que par la constitution simplifiée
de la barre perforée 27, laquelle est une simple barre à section rectangulaire munie
à intervalles réguliers de trous 33 à axe vertical. Ces trous peuvent avoir un diamètre
élargi sur la plus grande partie de leur hauteur à partir du bas, comme expliqué dans
le EP-A-0 130 122 précité.
1. Echangeur de chaleur à ruissellement de liquide pour vaporiser un liquide par échange
de chaleur avec un deuxième fluide, du type comprenant un corps parallélépipédique
formé d'un assemblage de plaques verticales parallèles (4) définissant entre elles
une multitude de passages plats (18, 19) répartis en un ensemble de passages de vaporisation
(18), et en un ensemble de passages de chauffage (19), chaque passage, dans sa partie
courante d'échange de chaleur, contenant une onde-entretoise (20) à génératrices verticales,
des moyens de distribution du liquide étant prévus à l'extrémité supérieure de l'échangeur
(2) pour distribuer le liquide sur toute la longueur des passages de vaporisation
(18), et des moyens (9) étant prévus pour envoyer le deuxième fluide dans les passages
de chauffage (19), caractérisé en ce que lesdits moyens de distribution sont disposés
dans des compartiments (23) fermés à leur extrémité supérieure et situés chacun au-dessus
d'un passage de chauffage (19), dont il est séparé par une barrette horizontale (22),
en ce qu'une fente horizontale (34), s'étendant sur toute la longueur de l'échangeur,
juste au-dessus de la barrette (22), met la partie inférieure du compartiment (23)
en communication libre avec un passage de vaporisation (18) adjacent, et en ce que
les passages de vaporisation (18) sont ouverts à leurs deux extrémités supérieure
et inférieure, sur toute leur longueur, et contiennent au plus une onde-entretoise
(20A) à génératrices verticales en tout point de leur hauteur.
2. Echangeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les passages de vaporisation
(18) sont dépourvus de toute onde-entretoise en regard des fentes (34).
3. Echangeur suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la surface supérieure
(35) de la barrette (22) est inclinée latéralement vers la fente (34).
4. Echangeur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que
les moyens de distribution du liquide comprennent, d'une part, une barre horizontale
(27) s'étendant sur toute la longueur de chaque compartiment, à un niveau intermédiaire
de celui-ci, cette barre ayant une épaisseur égale à l'espacement mutuel des plaques
(4) et comportant des ouvertures (33) de prédistribution du liquide, et d'autre part,
au-dessous de cette barre, un garnissage (28) de distribution fine du liquide sur
toute la longueur horizontale du compartiment (23).
5. Echangeur suivant la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites ouvertures (33)
forment une rangée horizontale de trous équidistants les uns des autres.
6. Echangeur suivant la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la barre (27) comporte
sur une face verticale un ou plusieurs évidements arrière (30) fermés en bas et ouverts
vers le haut et sur son autre face verticale un ou plusieurs évidements avant (31)
ouverts vers le bas et fermés vers le haut, et en ce que lesdites ouvertures (33)
sont ménagées à travers une paroi verticale (32) commune aux évidements avant et arrière.
7. Echangeur suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la barre (27) comporte
plusieurs évidements arrière (30) espacés les uns des autres, et plusieurs évidements
avant (31) espacés les uns des autres.
8. Echangeur suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les évidements avant (31)
ont une forme évasée vers le bas.
9. Echangeur suivant l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que
le garnissage (28) est une onde à génératrices horizontales dont les flancs sont munis
de crevés.
10. Echangeur suivant l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que
le garnissage (28) est espacé de la surface supérieure (35) de la barrette (22).
11. Echangeur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il
comporte une boîte d'entrée latérale de liquide dans lesdits compartiments (23), le
point bas de cette boîte se trouvant au-dessous du point bas de la fenêtre d'entrée
(26) de ces compartiments.
12. Installation de séparation d'air par distillation, du type comprenant une première
colonne de distillation (1) fonctionnant sous une pression relativement élevée, une
deuxième colonne de distillation fonctionnant sous une pression relativement faible,
et un échangeur de chaleur (2) permettant de mettre l'oxygène liquide de cuve de la
deuxième colonne en relation d'échange thermique avec l'azote gazeux de tête de la
première colonne, caractérisée en ce que l'échangeur de chaleur est conforme à l'une
quelconque des revendications 1 à 11, et en ce que l'installation comprend des moyens
d'alimentation (6) pour fournir l'oxygène liquide auxdits moyens de distribution du
liquide, et des moyens (9) d'alimentation des passages de chauffage en azote gazeux.
1. Flüssigkeits-Rieselwärmetauscher zur Verdampfung einer Flüssigkeit durch Wärmeaustausch
mit einem zweiten fluiden Medium, mit einem parallelepipedischen Körper, der durch
eine Anordnung paralleler, vertikaler Platten (4) gebildet ist, die zwischen sich
eine Mehrzahl von flachen Durchgängen (18,19) ausbilden, welche in eine Gruppe von
Verdampfungsdurchgängen (18) und in eine Gruppe von Heizungsdurchgängen (19) unterteilt
sind, wobei jeder Durchgang im Bereich des Wärmeaustauschstroms ein gewelltes Zwischenstück
(20) mit vertikalen Mantellinien umfaßt, wobei Mittel zur Verteilung der Flüssigkeit
am oberen Ende des Tauschers (2) vorgesehen sind, zur Verteilung der Flüssigkeit über
die ganze Länge der Verdampfungsdurchgänge (18), und wobei Mittel (9) zum Einleiten
des zweiten fluiden Mediums in die Heizungsdurchgänge (19) vorgesehen sind, dadurch
gekennzeichnet, daß besagte Mittel zur Verteilung in Kammern (23) angeordnet sind,
welche am oberen Ende geschlossen sind und sich jeweils über einem Heizungsdurchgang
(19) befinden, von dem diese durch einen horizontalen Steg (22) abgetrennt sind, daß
sich ein horizontaler Spalt (34) direkt über dem Steg (22) über die ganze Länge des
Tauschers erstreckt und den unteren Teil der Kammer (23) mit einem angrenzenden Verdampfungsdurchgang
(18) frei verbindet, und daß die Verdampfungsdurchgänge (18) an ihren beiden Enden
oben und unten über ihre ganze Länge offen sind und auf ihrer ganzen Länge mindestens
ein gewelltes Zwischenstück (20A) mit vertikalen Mantellinien umfassen.
2. Wärmetauscher gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfungsdurchgänge
(18) im Bereich der Spalte (34) kein gewelltes Zwischenstück aufweisen.
3. Wärmetauscher gemäß Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die obere Fläche
(35) des Steges (22) seitlich zum Spalt (34) hin geneigt ist.
4. Wärmetauscher gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mittel zur Verteilung der Flüssigkeit einerseits eine horizontale Barriere
(27) umfassen, der sich über die ganze Länge jeder Kammer auf deren mittlerer Höhe
erstreckt, wobei die Dicke dieser Barriere dem Abstand benachbarter Platten (4) entspricht,
und Öffnungen (33) zur Verteilung der Flüssigkeit umfaßt, und andererseits unter dieser
Barriere eine Auskleidung (28) zur Feinverteilung der Flüssigkeit über die ganze horizontale
Breite der Kammer (23) umfaßt.
5. Wärmetauscher gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die besagten Öffnungen
(33) eine horizontale Reihe von abstandsgleichen Löchern formen.
6. Wärmetauscher gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Barriere (27) auf einer vertikalen Fläche eine oder mehrere rückseitige Aussparungen
(30) aufweist, die unten geschlossen und oben offen sind, sowie auf seiner anderen
vertikalen Fläche eine oder mehrere vorderseitige Aussparungen (31) aufweist, die
unten offen und oben geschlossen sind, und daß besagte Öffnungen (33) in einer vertikalen,
gemeinsamen Wandung (32) der vorderseitigen und der rückseitigen Aussparung angeordnet
sind.
7. Wärmetauscher gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Barriere (27) mehrere,
voneinander beabstandete, rückseitige Aussparungen (30) und mehrere, voneinander beabstandete
vorderseitige Aussparungen (31) aufweist.
8. Wärmetauscher gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vorderseitigen Aussparungen
(31) eine nach unten konisch erweiterte Form aufweisen.
9. Wärmetauscher gemäß wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Auskleidung (28) ein gewelltes Zwischenstück mit horizontalen Mantellinien
ist, dessen Flanken mit Einschnitten versehen sind.
10. Wärmetauscher gemäß wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Auskleidung (20) von der oberen Fläche (35) des Steges (22) beabstandet ist.
11. Wärmetauscher gemäß wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß er an besagter Kammer (23) einen seitlichen Flüssigkeits-Einleitungsraum umfaßt,
wobei sich der tiefste Punkt dieses Raumes unter dem tiefsten Punkt des Eintrittsfensters
(26) der Kammer, befindet.
12. Lufttrennungseinrichtung mit einer ersten Destillationskolonne (1), die mit einem
relativ hohen Druck betrieben wird, mit einer zweiten Destillationskolonne, die mit
einem relativ niedrigen Druck betrieben wird, und einem Wärmetauscher (2) der es erlaubt,
flüssigen Sauerstoff aus dem Behälter der zweiten Kolonne in thermischen Austausch
mit gasförmigen Stickstoff aus der Spitze der ersten Kolonne zu bringen, dadurch gekennzeichnet,
daß der Wärmetauscher gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgeführt ist,
und daß die Einrichtung Zuführungsmittel (6) umfaßt, um flüssigen Sauerstoff den besagten
Mitteln zur Verteilung der Flüssigkeit zuzuführen, und Mittel (9) umfaßt, um den Heizungsdurchgängen
gasförmigen Stickstoff zuzuführen.
1. Heat exchanger with trickle flow for vaporizing a liquid by heat exchange with a second
fluid, of the type comprising a parallelepiped shaped body formed from an assembly
of parallel vertical plates (4) defining between them a multiplicity of flat passages
(18,19) distributed in an assembly of vaporization passages (18), and in an assembly
of heating passages (19), each passage, in its through-flow heat exchange part, containing
a corrugated separator (20) with vertical generating lines, means for distributing
the liquid being provided at the upper end of the exchanger (2) so as to distribute
the liquid throughout all the length of the vaporization passages (18), and means
(9) being provided for conveying the second fluid through the heating passages (19),
characterized in that the said means of distribution are arranged in compartments
(23) closed at their upper end and each situated above a heating passage (19), from
which it is separated by a horizontal bar (22), in that a horizontal slit (34), extending
over all the length of the exchanger, just above the bar (22), puts the lower part
of the compartment (23) in free communication with an adjacent vaporization passage
(18), and in that the vaporization passages (18) are open at their two upper and lower
ends, throughout their length, and contain no more than one corrugated separator (20A)
with vertical generating lines at any point of their height.
2. Exchanger according to claim 1, characterized in that the vaporization passages (18)
have no corrugated separator opposite the slits (34).
3. Exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the upper surface (35)
of the bar (22) is inclined laterally towards the slit (34).
4. Exchanger according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the means for
distributing the liquid comprises, on the one hand, a horizontal member (27) extending
over all the length of each compartment, at an intermediate level of this, this member
having a thickness equal to the mutual spacing of the plates (4) and having openings
(33) for pre-distributing the liquid, and on the other hand, below this member, a
packing (28) for finely distributing the liquid over all the horizontal length of
the compartment (23).
5. Exchanger according to claim 4, characterized in that the said openings (33) form
a horizontal row of holes equidistant from each other.
6. Exchanger according to claim 4 or 5, characterized in that the member (27) has, on
one vertical face, one or more rear recesses (30) closed at the bottom and open at
the top and on its other vertical face one or more front recesses (31) open at the
bottom and closed at the top, and in that the said openings (33) are provided through
a vertical wall (32) common to the front and rear recesses.
7. Exchanger according to claim 6, characterized in that the member (27) has several
rear recesses (30) separated from each other, and several front recesses (31) separated
from each other.
8. Exchanger according to claim 7, characterized in that the front recesses (31) have
a flared shape at the bottom.
9. Exchanger according to any one of claims 4 to 8, characterized in that the packing
(28) is a corrugation with horizontal generating lines, the sides of which are provided
with elongated openings.
10. Exchanger according to any one of claims 4 to 9, characterized in that the packing
(28) is separated from the upper surface (35) of the bar (22).
11. Exchanger according to any one of claims 1 to 10, characterized in that it includes
a side chamber for liquid to enter the said compartments (23), the lower point of
this chamber being below the lower point of the inlet window (26) of these compartments.
12. Installation for separating air by distillation, of the type comprising a first distillation
column (1) operating under a relatively high pressure, a second distillation column
operating under a relatively low pressure, and a heat exchanger (2) enabling liquid
oxygen from the vessel of the second column to be put into a heat exchange relationship
with gaseous nitrogen at the head of the first column, characterized in that the heat
exchanger is in accordance with any one of claims 1 to 11, and in that the installation
comprises means of supply (6) for providing liquid oxygen to the said means for distributing
liquid, and means (9) for supplying the heating passages with gaseous nitrogen.