Brevet FR2453355A1 — publié le 19801031

La présente invention concerne un évaporateur et, plus particulièrement, un appareil horizontal dans lequel un liquide est évaporé par échange thermique avec un fluide chaud circulant dans un faisceau de tubes placé à 11 intérieur de l'appareil. Un tel appareil peut être utilisé en particulier dans les cycles thermiques associés à des installations de production d'énergie. Les évaporateurs de ce genre sont constitués par une virole horizontale de grandes dimensions, destinée à être parcourue par un liquide à évaporer par échange thermique avec un fluide chaud introduit dans un faisceau de tubes horizontaux disposé à l'intérieur de la virole. Ces évaporateurs comprennent d'une manière connue en soi une tête d'arrivée de fluide chaud prévue à une extrémité de la virole et une tête d'évacuation de fluide refroidi prévue à l'autre extrémité de la virole. La virole est par ailleurs munie dlune arrivée de liquide et d'une sortie de vapeur, la circulation du liquide à évaporer se faisant dans le meme sens que le fluide chaud à l'intérieur des tubes du faisceau. Dans de tels évaporateurs, les deux extrémités du faisceau de tubes sont assujetties à des plaques d'extrémités disposées entre les extrémités de la virole et les tetes correspondantes. Dans les évaporateurs connus dans la technique antérieure, on utilise une disposition particulière du faisceau dans laquelle celui-ci occupe une partie de la section intérieure de la virole de manière à ménager à la partie supérieure de cette section une zone sans tubes. Une telle disposition permet à l'ébullition de stétablir dans la partie inférieure de la virole comprenant les tubes et permet également de réaliser une zone de séparation entre ltémulsion et la vapeur dans la partie inférieure de ladite section. Cette disposition particulière du faisceau présente deux inconvénients principaux. Tout d'abord le coefficient dtéchange du côté ébullition, c'est-à-dire dans la section pour- vue de tubes, n'est pas bon car il nly a pas de recirculation du liquide a vaporiser et, par conséquent, pas de vitesse de circulation du liquide à l'intérieur de la virole0 En second lieu, étant donné que l'ébullition se fait dans la masse du liquide, le niveau que lton mesure à l'intérieur de la virole est celui d'une émulsion dont le poids spé- cifique varie avec le taux de vaporisation. En conséquence, il est particulièrement difficile de régler exactement le niveau de liquide à l'intérieur de la virole. Ces inconvénients, bien que mineurs pour les appareils de faibles dimensions, deviennent importants pour les appareils de grandes dimensions. La présente invention vise à éviter ces inconvénients en disposant le faisceau de tubes en sorte qu'il occupe une partie de la section intérieure de la virole de manière à ménager une zone sans tubes contenant du liquide à évaporer et non vaporisé. Dans un premier mode de réalisation de l'invention, le faisceau comporte deux ensembles de tubes et la zone sans tubes est alors ménagée entre ces deux ensembles. Dans un second mode de réalisation de l'invention, le faisceau de tubes comporte un seul ensemble de tubes disposé au centre de la virole et la zone sans tubes est alors ménagée dans l'espace délimité entre l'ensemble du tube et la paroi intérieure de la virole. La disposition du faisceau de tubes selon l'invention permet de mesurer exactement la hauteur du liquide à l'intérieur de la virole du fait qu'il n'y a pas de vaporisation dans la zone sans tubes et que le poids spécifique du liquide compris dans cette zone est indépendant du taux de vaporisation et, par conséquent, de la puissance évacuée par l'évaporateur. En outre, cette disposition permet d'assurer une recirculation du liquide à vaporiser au travers du faisceau en obtenant une vitesse de circulation du liquide à vaporiser perpendiculairement aux tubes du faisceau. La séparation entre le gaz et l'émulsion se fait alors à la partie supérieure du faisceau, le liquide retombant dans la zone sans tubes. Appareil de l'invention permet donc d'une part d'augmenter le coefficient d'échange thermique entre le fluide chaud et le liquide à vaporiser et d'autre part dtassurer une mesure parfaite du niveau du liquide à l'intérieur de la virole. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention résulteront de la distribution qui va suivre et qui se réfère aux dessins annexés sur lequel . la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un évaporateur la figure Z est une vue en coupe suivant la ligne A-A de la figure 1 et montrant la disposition du faisceau de tubes dans un évaporateur classique la figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne A-A de la figure 1 et montrant la disposition du faisceau de tubes en deux ensembles de tubes conformément au premier mode de réalisation de l'invention ; et . la figure 4 est une vue en coupe suivant la ligne A-A de la figure 1 et montrant un seul faisceau de tubes disposé au centre de la virole conformément au second mode de réalisation de l'invention. On a représenté sur la figure 1 un évaporateur désigné par la référence générale 10 et constitué par une virole cylindrique 12 de grandes dimensions pourvue à sa partie supérieure d'une arrivée 14 pour le liquide à vaporiser et d'une sortie 16 pour la vapeur. La virole 12 est soudée à ses deux extrémités sur des plaques circulaires dtextrémité 18 et 20 sur lesquelles sont fixées respectivement deux têtes 22 et 24. La tête 22 constitue une tête dlarrivée pour le fluide chaud constitué en général par de l'eau sous pression et destiné à la vaporisation du liquide introduit par ltarrivée 14 et la tête 24 constitue une sortie pour le fluide refroidi du fait de l'échange thermique avec le fluide à vaporiser. A l'intérieur de la virole 12 est prévu un faisceau 26 comportant une pluralité de tubes dont les extrémités sont assujetties respectivement aux plaques 18 et 200 Ces tubes sont par ailleurs maintenus entre eux par des dispositifs appropriés (non représentés) disposés a l'intérieur de la virole 12. On a représenté sur la figure 2 une vue en coupe suivant la ligne A-A de la figure 1 correspoadant à un échangeur classique. Dans cette réalisation, les tubes sont disposés dans la partie inférieure de la virole en ménageant à la partie supérieure de la virole une zone sans tubes 28 dont la section affecte la forme dune portion de cercle délimitée par un arc de cercle et une corde horizontale. Un détecteur de niveau 30 est relié par des conduites 32 et 34 respectivement au sommet et au fond de la virole. Ce mode de réalisation présente les inconvénients déjà mentionnés plus haut du fait que la zone sans tubes est prévue dans la partie supérieure de la virole. On a représenté sur la figure 3 une vue en coupe prise suivant la ligne A-A de la figure 1 et montrant un faisceau comportant deux ensembles de tubes selon le premier mode de réalisation de l'invention.-Dans cette réalisation, le faisceau comprend deux ensembles 34 et 36 symétriques par rapport au plan vertical médian de la virole. Les ensembles 34 et 36 forment deux faces intérieures 38 et 4Q en vis-à-vis délimitant entre elles une zone sans tubes 42. Ces deux ensembles scadaptent étroitement vers l'extérieur sur la paroi intérieure de la virole en ménageant en plus deux zones sans tubes 44 et 46, de plus grande largeur que la zone sans tubes 42, respectivement vers le sommet et le fond dé la virole. Un détecteur de niveau 48 relié par des conduites 50 et 52 respectivement au sommet et au fond de la virole est prévu comme dans le cas de la figure 2. La disposition représentée sur la figure 3 permet d'assurer une recirculation du liquide à vaporiser comme indiqué par les flèches et de mesurer exactement la hauteur du liquide au moyen du détecteur 48 e On a représenté sur la figure 4 une vue en coupe prise suivant la ligne A-A de la figure 1 et montrant un seul faisceau de tubes 54 disposé au centre de la virole. Dans l'exemple représenté, le faisceau 54 affecte une section extérieure pentagonale présentant un coté horizontal inférieur 56, deux côtés verticaux latéraux 58 et 60 et deux côtés inclinés supérieurs symétriques 62 et 64. Le faisceau est disposé sans contact avec la paroi intérieure de la virole pour assurer une recirculation de liquide comme représenté par les flèches. Un détecteur de niveau 66 relié par des conduites 68 et 70 respectivement au sommet et au fond de la virole est prévu comme dans le cas des figures 2 et 3. Cette disposition permet d'atteindre les mêmes avantages que la réalisation de la figure 4. L'évaporateur de l'invention est particulièrement avantageux pour des fonctionnements avec très faible écart de température. Bien entendu, l'invention ntest pas limitée aux deux modes de réalisation spécifiquement décrits et représentés et on peut en imaginer des variantes de détail sans sortir du cadre de l'invention0 REVENDICATIONS 1. Evaporateur comprenant une virole horizontale des tante à être parcourue par un liquide à évaporer par échange thermique avec un fluide chaud introduit dans un faisceau de tubes horizontaux disposé à l'intérieur de la virole caractérisé par le fait que le faisceau de tubes occupe une partie de la section intérieure de la virole de manière à ménager une zone sans tubes contenant du liquide à évaporer et non vaporisé. 2. Evaporateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le faisceau comporte deux ensembles de tubes et que la zone sans tubes est ménagée entre les deux ensembles de tubes. 3. Evaporateur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les deux ensembles de tubes forment deux faces intérieures en vis-à-vis délimitant la zone sans tubes. 4. Evaporateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le faisceau de tubes comporte un seul ensemble de tubes disposé au centre de la virole et que la zone sans tubes est ménagée dans l'espace délimité entre l'ensemble de tubes et la paroi intérieure de la virole. 5. Evaporateur selon la revendication 4 caractérisé par le fait que le faisceau de tubes affecte une section extérieure pentagonale présentant un côté horizontal inférieur, deux côtés verticaux latéraux et deux cotés inclinés supérieurs symétriques.