Brevet FR2240033A1 — publié le 19750307

L'invention concerne un dispositif pour vaporiser des li quines Ce dispositif peut être utilisé notamment pour vaporiser un combustible liquide avant de le faire brûler dans un appareil de chauffage. Un bouilleur ou un évaporateur ayant un volume faible par rapport au débit du liquide vaporisé présente des avantages évidents, tant au point-de vue économique qu'au point de vue technique. En effet, toutes choses étant égales d'ailleurs, plus un appareil est volumineux, plus son prix est élevé. De plus, le fait qu'un appareil soit peu encombrant présente un intérêt pratique évident. Enfin, quand on a besoin d'évaporer ou de distiller un liquide qui est susceptible de se dégrader à sa température d'ébullition, il faut que ce liquide circule rapidement au contact des parois chaudes et que son temps de séjour moyen dans le bouilleur soit aussi bref que possible. La présente invention a pour objet un évaporateur qui satisfait à ces exigences. La figure 1 représente schématiquement cet évaporateur. On se reportera à ce schéma de principe pour mieux comprendre la description qui suit, mais il va de soi que l'on nesaurait tirer argument des particularités du dessin pour limiter la portée de l'invention. L'évaporateur, objet de l'invention, est caractérisé en ce qutil comprend essentiellement - une réserve (1) dans laquelle le liquide à vaporiser introduit en (2) est maintenu à un niveau sensiblement constant -#un bouilleur (3), de forme haute, distinct de la réserve et ne communi quant avec celle-ci que par le bas et par le haut - des moyens de chauffage appropriés (4) disposés a-l'intérieur du bouil leur, dont ils occupent la majeure partie de la hauteur et du volume entre la surface externe des moyens de chauffage et la paroi du bouil leur, l'espacement est suffisamment réduit pour que, pendant l'ébulli tion, le mouvement ascensionnel des bulles entraîne le liquide rapide ment et le fasse-déborder au sommet du bouilleur - un séparateur (5), qui communique avec le haut de la réserve et avec le haut du bouilleur, et dans lequel la vapeur issue du bouilleur est séparée du liquide qu'elle a entraîné; la vapeur est extraite en (6) du séparateur et le liquide ayant traversé le bouilleur est recyclé dans la réserve en (7). La réserve est une enceinte de forme quelconque. On peut lui donner un volume très faible par rapport au débit du liquide à vaporiser. Pour introduire le liquide et le maintenir à un niveau constant dans la réserve, on peut utiliser tout dispositif usuel approprié. On peut notamment intrdduire le liquide par l'intermédiaire d'une cuve à pointeau. De préférence, la paroi du bouilleur est un cylindre de révolution dont la hauteur est au moins égale au double de son diamètre intérieur. La figure 2 représente schématiquement une des formes de réalisation de l'évaporateur, objet de l'invention. Ce dispositif est caractérisé par le fait que la paroi du bouilleur est un cylindre de révolution et que la réserve (2) est disposée coaxialement autour du bouilleur. Les moyens de chauffage sont des moyens quelconques appropriés. Ils sont choisis en fonction de la nature et du débit du liquide à évaporer. Par exemple, on peut employer des moyens de chauffage électriques. Ceux-ci peuvent consister en un barreau creux pourvu intérieurement d'une résistance chauffante. On peut employer des moyens de chauffage consistant en un ou plusieurs tubes chauffés intérieurement par la combustion d'un combustible liquide ou gazeux. La figure 3 représente schématiquement un évaporateur caractérisé par le fait que les moyens de chauffage sont constitués par un foyer tubulaire (4) à l'intérieur duquel on fait brayer en t8) un combustible liquide ou gazeux au moyen d'un brûleur approprié (9). On peut aussi utiliser le chauffage par la vapeur d'eau. La figure 4 représente schématiquement un évaporateur caractérisé par le fait que les moyens de chauffage sont constitués par un tube ou un serpentin chauffé à la vapeur. La vapeur étant introduite en (10), l'eau condensée est récupérée par l'intermédiaire d'un purgeur usuel (11). La puissance thermique fournie à l'appareil et les espaces libres dans la chambre d'ébullition sont combinés de telle façon qu'a l'ébullition les bulles de vapeur et le liquide forment une pseudoémulsion dont la phase continue est le liquide. Pourvu que la puissance thermique soit suffisante et que la section des espaces libres soit assez faible, les bulles ne se séparant pas du liquide avant d'avoir atteint le séparateur. La différence entre le poids spécifique du liquide contenu (- dans la réserve et le poids spécifique de la pseudo-émulsion contenue dans la chambre i'ébullition est alors considérable, ce qui a pour effet a'entretenir une circulation rapide des fluides dans ltappareil. Le séparateur est une enceinte dont le volume intérieur est calculé de telle façon que le temps de séjour moyen de la vapeur soit suffisant pour permettre aux gouttelettes de se séparer de celle-ci. Il peut être pourvu intérieurement de chicanes, de déflecteurs, ou de tout autre dispositif usuel pour accroftre l'efficacité de la séparation. Ce peut Qtre notamment un séparateur du type à cyclone. L'évaporateur, objet de l'invention, peut trouver de nombreuses applications. On peut l'utiliser notamment dans l'industrie chimique pour la distillation des liquides. Il peut etre utilisé aussi bien a l'échelle du laboratoire qu'a l'échelle industrielle, les dimensions et les moyens de chauffage de l'appareil étant choisis en fonction de la nature etWdu débit du liquide à évaporer. L'appareil, obj-et de l'invention, étant caractérisé par une faible capacité en liquide et par une très faible inertie thermique, en regard de son débit, il peut etre avantageusement utilisé dans le domaine du chauffage, pour évaporer les combustiblestliquides ou les gaz lique-- fiés. En effet, il est souvent nécessaire ou avantageux de gazéifier ces combustibles avant de les faire brûler dans un appareil de chauffage. L'invention a donc aussi pour objet une installation pour le chauffage industriel, domestique ou urbain, utilisant un combustible liquide ou un gaz combustible liquéfié, cette installation étant caractérisée par le fait qu'elle comprend le dispositif décrit plus haut, utilisé pour évaporer ou gazéifier le combustible. En particulier, l'appareil convient particulièrement pour évaporer les gaz de pétrole liquéfiés, comme le propane ou le butane. il peut etre utilisé dans une installation alimentant un réseau urbain de distribution de gaz butane ou propane. Il peut être utilisé dans une installation industrielle de chauffage au gaz de pétrole, etc La figure 5 représente schématiquement une installation -dans laquelle l'évaporateur, objet de l'invention, est associé à un brû- leur à gaz.Cette installation est caractérisée par les points suivants - l'évaporateur (12) reçoit du gaz de pétrole liquéfié, sous une pression égale à la tension de vapeur de ce gaz liquéfié, par l'intermédiaire d'une cuve à niveau constant (13); - le gaz fourni par 11 évaporateur alimente un brûleur à gaz (14) par l'intermédiaire d'un détendeur (15); - un barreau (16), conducteur de chaleur, est disposé de telle façon qu' une de ses extremité sit léchée par la flamme du brûleur et que l'au tre extrémité plonge dans le bouilleur de l'évaporateur. Des moyens usuels appropriés sont utilisés pour commander l'allumage ou l'extinction de ce dispositif. Par exemple, le fonctionnement du brûleur peut etre régulé au moyen d'une vanne automatique (17), à commande électrique ou pneumatique, actionnée à partir d'un thermostat d'ambiance. Le brûleur peut etre allumé au moyen d'une veilleuse (18) alimentée par un faible débit de gaz prélevé au sommet de la cuve a niveau constant. Par mesure de sécurité, un thermocouple placé au voisinage de la veilleuse et relié à la vanne (17) par des moyens usuels appropriés, interdit l'ouverture de cette vanne quand la veilleuse est éteinte. L'évaporateur, objet de l'invention, peut aussi être utilisé pour gazéifier un combustible liquide comme l'essence légère de pétrole. Cet appareil convient particulièrement lorsqu'on veut gazéifier un combustible aussi lourd que le fuel-oil domestique. On sait que ce produit est constitué essentiellement par un mélange d'hydrocarbures distillant dans un intervalle de températures compris entre 2500 et 4000C environ à la pression normale. Grâce au fait que le liquide circule très rapidement au contact de la paroi chaude et que le temps de séjour moyen du liquide dans l'évaporateur est très bref, le craquage thermique lors de l'ébullition est réduit au minimum. EXEMPLE On a gazéifié du fuel-oil domestique au moyen de l'évaporer teur qui est représenté schématiquement par la figure 1. te fuel-oil avait les caractéristiques suivantes - Densité 0,827 - - Viscosité 3,60 cSt à 200C - Distillation ASTN 10 % (volume) distillé à 1750C 50 % 't cr 2600c 90 % " " " 3530C La chambre d'ébullition (3) était un cylindre dont le diamètre intérieur était de 14 mm et la hauteur de 80 mm. L'élément chauffant était un plongeur cylindrique dont le diamètre extérieur était de 10 mm.- Ce plongeur était chauffé intérieurement au moyen d'une résistance électrique, délivrant une puissance maximum de 250 W. Le fuel-oil était introduit dans l'appareil par l'intermédiaire d'une cuve à niveau constant. Cet appareil, de dimensions très réduites, a permis d'éva-porer le fuel-oil à un débit de 1 kg/h. Après 100 heures de fonctionnement dans ces conditions, l'appareil n'était pas encrassé. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour vaporiser les liquides, caractérise par le fait qu'il comprend essentiellement - une réserve (1) dans laquelle le liquide à vapX iser introduit en (2) est maintenu à un niveau sensiblement con X nt; - un bouilleur (3), de forme haute, distinct de g réserve et ne communiquant avec celle-ci que par le bas et py le haut; - des moyens de chauffage appropriés (4) disposé l'intérieur du bouilleur, dont ils occupent la majeure parti 4 e la hauteur et du volume; entre la surface externe des moyens de d-suffage et la pa roi du bouilleur, l'espacement est suffisammeng réduit pour que, pendant l'ébullition, le mouvement ascensionne des bulles entraîne le liquide rapidement et le fasse déborder au sommet du bouilleur. - un séparateur (5), qui communique avec le haut te la réserve et avec le haut du bouilleur, et dans lequel la vapeur ssue du bouilleur est séparée du liquide qu'elle a entraîné; la vapeur est extraite en (6) du séparateur et le liquide ayant traversé -le bouilleur est re cyclé dans la réserve en (7). 2. Dispositif selon la revendication 1, et dans lequel la paroi du bouil leur est un cylindre de révolution dont la hauteur est au moins égale au double de son diamètre intérieur. 3 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractéri sé par le fait que la paroi du bouilleur est un cylindre de révolution et que la réserve est disposée coaxialement autour du bouilleur. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, et dans lequel les moyens de chauffage sont des moyens électriques. 50 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, et dans lequel les moyens de chauffage sont constitués-par un ou plusieurs tubes chauffés intérieurement par la combustion d'un combustible li quide ou gazeux. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, et dans lequel les moyens de chauffage sont des moyens de chauffage par la vapeur d'eau. 7. Installation pour le chauffage industriel, domestique ou urbain, utili sant un combustible liquide ou un gaz combustible liquéfié, cette ins tallation étant caractérisée par le fait qu'elle comprend le dispositif défini par l'une quelconque des revendications 1 à 6, utilisé pour évaporer ou gazéifier le combustible. 8. installation selon la revendication 7, caractérisée par le fait qu'elle comprend un brûleur à gaz associé au dispositif défini par l'une quel conque des revendications 1 à 5, et caractérisée en outre par les points suivants - le dispositif défini par l'une quelconque des revendications 1 à 3 reçoit du gaz de pétrole liquéfié sous -une pression égale à la ten sion de vapeur, par l'intermédiaire d'une cuve à niveau constant; - le gaz fourni par ledit dispositif-alimente le brûleur à gaz par l'intermédiaire d'un détendeur; ; - un barreau conducteur de chaleur est disposé de telle façon qu'une de ses extrémités soit léchée par la flamme du brûleur et que son autre extrémité plonge dans le bouilleur dudit dispositif.