Brevet FR2474647A1 — publié le 19810731

L'invention a pour objet un procédé de vaporisa- tion d'un liquide dans un échangeur de chaleur du type à tubes verticaux dans lequel la vapeur ou le liquide qui fournit la chaleur circule à travers les tubes d'un groupe de tubes de cet échangeur, de préférence du bas vers le haut. Il existe des appareils de vaporisation dans lesquels la vaporisation se fait à partir d'une surface chaude immergée dans un liquide ainsi que des appareils que l'on appelle des appareils de vaporisation en film. Dans les premiers, la vaporisation commence quand la température de la surface chaude dépasse la température d'évaporation du liquide à la pression qui règne sur cette surface. Par conséquent, la pression hydrostatique du liquide élève la température d'évaporation et réduit la différence de tempé- ratures qui intervient dans le transfert de la chaleur. Au contraire, dans les appareils de vaporisation en film, il n'y a aucune élévation de la température d'ébul- lition résultant de la pression hydrostatique. De cette façon, dans un tel appareil il est possible de prévoir des différences plus faibles des températures ou, en variante, on peut admettre que pour la vaporisation en film une sur- face de chauffage moins importante est suffisante en comparaison d'un appareil à thermosiphon ou du type chaudron. Il existe deux types principaux d'appareils de vaporisation en film. les appareils à tubes verticaux et les appareils à tubes horizontaux. Dans les appareils à tubes verticaux, la vaporisation a lieu à l'intérieur des tubes à partir d'un film de liquide qui circule soit vers le bas, soit vers le haut. D'autre part, les appareils à tubes verticaux sont basés sur l'existence d'un film de liquide qui circule vers le bas sur la surface extérieure de ces tubes, ce film étant produit par une pulvérisation réalisée à l'aide de buses ou d'une feuille perforée. L'invention se rapporte à la vaporisation en film effectuée dans un appareil du type à tubes verticaux; le procédé de l'invention est remarquable en ce que le liquide à vaporiser est envoyé à l'intérieur de la virole à la partie supérieure de l'échangeur de chaleur ou sépa- rément à l'intérieur de compartiments d'alimentation et il est guidé de manière à circuler vers le bas sur la surface extérieure du groupe des tubes, sous forme d'un film liquide, et la vapeur produite à partir de ce film est dirigée, par l'intermédiaire de passages de circulation de la vapeur prévus à l'intérieur du groupe des tubes, de la partie inférieure de l'échangeur de chaleur jusqu'à son lieu d'uti- lisation, ou à partir de chaque compartiment d'un échangeur de chaleur jusqu'à son lieu d'utilisation. L'invention a aussi pour objet un appareil pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, dont les caractéris- tiques seront précisées plus loin. Avec la vaporisation en film dans un appareil à tubes verticaux, il est possible de récupérer de la chaleur d'un fluide pollué ou polluant. Comme ce fluide qui apporte les calories circule dans les tubes, ces derniers peuvent être nettoyés facilement quand c'est nécessaire. Grâce à la vaporisation en film le transfert de chaleur est efficace. L'invention sera mieux comprise au cours de la description que l'on donnera maintenant en se reportant à la figure unique annexée qui est une vue en coupe par un plan longitudinal d'un échangeur de chaleur à tubes verti- caux conforme à l'invention. L'échangeur de chaleur représenté comprend une virole cylindrique verticale 4 à l'intérieur de laquelle un groupe 7 de tubes est disposé grâce à des plaques tubulaires extrêmes 5 et 6. A la partie inférieure de cet échangeur se trouve une ouverture d'alimentation 8 pour l'entrée de la vapeur ou, éventuellement, d'un liquide, dans une chambre 9 située à la partie inférieure à partir de laquelle ce fluide pénètre à l'intérieur des tubes du groupe 7 de tubes et s'élève jusqu'à une chambre 10 située à la partie supérieure de l'échangeur d'o cette vapeur ou ce fluide s'échappe par une ouverture de sortie 11. Il serait possible aussi que la vapeur ou le liquide arrive à l'intérieur de l'échangeur par l'ouverture 11, auquel cas sa circulation dans les tubes du groupe 7 des tubes se ferait du haut vers le bas et cette vapeur ou ce liquide sortirait de l'échangeur de chaleur par l'ouverture 8 située à la partie inférieure. De toute façon, l'agencement est tel que le liquide à vaporiser circule dans l'échangeur de chaleur du côté de la virole, c'est-à-dire dans le volume fermé limité par la virole 4 de l'échangeur, par la surface extérieure des tubes du groupe 7 de tubes et par les plaques tubulaires et 6. Le liquide à vaporiser est introduit dans l'échangeur de chaleur par une ouverture de raccordement 12 située à sa partie supérieure au-dessus d'une plaque d'alimentation 13. Une cuvette d'alimentation 14 est constituée au-dessus de la plaque d'alimentation 13, dans laquelle le niveau du li- quide est déterminé par une tubulure de trop-plein 15. La plaque d'alimentation 13 de la cuvette d'alimentation 14 est disposée pour qu'elle agisse en même temps comme un support des tubes du groupe 7 de tubes; on arrive à ce résultat en ménageant des ajutages 16 que l'on obtient en perçant.pour le passage des tubesdes trous présentant des encoches. A partir de la cuvette d'alimentation 14, le liquide à vapori- ser passe à travers les ajutages 16 et circule en descendant sous forme d'un film liquide à la surface extérieure des tubes. Les ajutages 16 ont des dimensions choisies pour que les tubes soient mouillés, c'est-à-dire couverts d'un film de liquide, sur la totalité de leur longueur. L'échangeur de chaleur peut être d'un type tel que la vapeur produite à partir du film liquide soit dirigée, au moyen de passages de vapeur prévus à l'intérieur du groupe 7 des tubes, de la partie inférieure de l'échangeur à travers une tubulure de raccordement 17 jusqu'au lieu de son utilisation, ou d'un type dans lequel il existe des compartiments distincts 1, 2, 3 à partir desquels la vapeur est dirigée jusqu'au lieu de son utilisation. Lorsque l'échangeur est de ce dernier type, les plaques d'alimentation disposées entre les compartiments 1, 2, 3 doivent être telles qu'elles opèrent séparément et que seul le film liquide passe à travers la totalité de la longueur du groupe 7 des tubes; autrement dit, avec le type de plaque d'alimentation placée entre un compartiment 1 et un compartiment 2 de l'échangeur, cette plaque d'alimenta- tion 18 empêche la circulation de la vapeur vers le bas en dessous de cette plaque mais, cependant, limite au-dessus d'elle une nouvelle cuvette d'alimentation 19 à partir des 2474647. i ajutages 20 de laquelle le liquide est-dirigé pour circuler à nouveau sur la surface extérieure des tubes du groupe 7 des tubes, sous forme d'un film liquide, afin que la conti- nuité de ce dernier soit assurée. Lorsque la vapeur doit passer de chaque compartiment 1, 2, 3 de l'échangeur, séparément jusqu'au lieu d'utilisation, il convient de prévoir une tubulure de raccordement 21 comme on l'a repré- senté en rapport avec le compartiment 1. Lorsque l'échangeur de chaleur est d'un type avec lequel la vapeur est dirigée séparément à partir de chaque compartiment 1,-2, 3 jusqu'à des endroits d'utilisation, la plaque d'alimentation ou la cuvette d'alimentation se trouvant entre les compartiments 2 et 3 doit, naturellement, être du même type que celle qui sépare les compartiments 1 et 2. Lorsque la vapeur produite à partir du film liquide est dirigée de l'échangeur de chaleur exclusivement à travers la tubulure de raccordement 17 située à la partie inférieure de l'échangeur, la plaque d'alimentation'18 qui sépare les compartiments 1 et 2 doit, bien entendu, être remplacée par une cuvette d'alimentation comme celle, par exemple, qui est placée entre les compartiments 2 et 3, afin qu'elle n'empêche pas le passage de la vapeur du compartiment 1 au compartiment 2. On peut voir, sur la figure qu'il a été prévu entre les compartiments 2 et 3 une cuvette d'alimentation 22 dans laquelle des ouvertures d'alimentation 23 ont été ménagées entre la plaque de fond de la cuvette et les tubes du groupe 7 de tubes; ces ouvertures peuvent être constituées, par exemple, par des ouvertures annulaires d'alimentation entourant les tubes. La cuvette d'alimenta- tion 22 disposée entre les compartiments 2 et 3 nécessite une plaque distincte 24 servant à maintenir les tubes et placée à une certaine distance au-dessus de la paroi de fond de la cuvette 22. Quand l'appareil est en fonctionne- ment, la plaque 24 de maintien des tubes est immergée dans le liquide que contient la cuvette de sorte qu'elle ne rompt pas le film liquide qui circule vers le bas le long de ces tubes. La plaque 24 doit présenter de larges ouvertures 25 de passage du liquide dans les parties situées entre les tubes 7. Dans chacun des compartiments 1, 2, 3 le niveau du liquide dans la cuvette d'alimentation est déterminé par une tubulure de trop-plein qui peut être un tube assez court allant juste au-delà de la plaque d'alimentation ou un tube plus long de trop-plein s'étendant du haut en bas de l'appareil. Dans ce cas, ce tube est divisé en tronçons 15 de 1 m environ et 26/entre lesquels est placé un déflecteur 31 qui empêche la circulation directe entre le tronçon supérieur 15 de trop-plein et le tronçon inférieur 26 de trop-plein. On peut prévoir aussi entre le tronçon 26 et un tronçon inférieur 30 un déflecteur similaire 32. Le liquide qui a coulé jusqu'à la partie infé- rieure de l'échangeur est recueilli au-dessus de la plaque tubulaire 6 d'o il est retiré à travers l'ouverture 27. Le liquide peut aussi être renvoyé par l'intermé- diaire d'une pression, jusqu'à l'ouverture d'entrée 12, à la partie supérieure de l'échangeur. Quand c'est nécessaire, la formation d'un film liquide dans les compartiments 2 et 3 peut être contrôlée par l'envoi d'un liquide à vaporiser dans les cuvettes d'alimentation correspondantes grâce à des tubulures de raccordement 28 et 29 aboutissant à ces compartiments respectivement dans les cuvettes 19 et 22. Un échangeur de chaleur conforme à l'invention convient particulièrement bien quand on dispose de vapeur polluée que l'on peut introduire par l'entrée 8 dans les tubes du groupe 7 de tubes afin que tous les produits contaminants qui pourraient se rassembler sur la surface intérieure de ces derniers puissent être facilement retirés, par exemple par l'injection pendant le fonctionnement de l'appareil d'un détergent liquide à l'intérieur de la chambre 10 au-dessus des tubes 7, ce détergent liquide circulant vers le bas le long de la surface intérieure des tubes pour en enlever les produits contaminants et les entraîner à la partie inférieure de l'échangeur d'o ils peuvent être.facilement retirés. 2474647. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la vaporisation d'un liquide dans un échangeur de chaleur du type à tubes verticaux, selon lequel le fluide,.vapeur ou liquide, fournissant la chaleur circule à l'intérieur des tubes d'un groupe (7) de tubes, du bas vers le haut, caractérisé en ce que le liquide à vaporiser est envoyé du côté de la virole dans la partie supérieure de l'échangeur de chaleur ou séparément à chacune des cuvettes d'alimentation ménagée dans cet échangeur, et il est guidé pour circuler vers le bas sur la surface exté- rieure des tubes sous forme d'un film liquide, et la vapeur produite à partir de ce film liquide est envoyée, grâce à des passages de vapeur prévus à l'intérieur du groupe (7) des tubes de la partie inférieure de l'échangeur jusqu'au lieu d'utilisation ou à partir de chacun de plusieurs cc" partiments (1, 2, 3) ménagés dans cet échangeur, jusqu'au lieu d'utilisation. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le liquide à vaporiser circule vers le bas sur la surface extérieure des tubes du groupe (7) de tubes et il est rassemblé à des endroits déterminés espacés et guidé à nouveau pour circuler plus loin sur la surface extérieure de ces tubes sous forme d'un film liquide afin que la continuité de ce dernier soit assurée. 3. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 constitué par un échangeur de chaleur du type à tubes verticaux pour le passage à travers les tubes d'un groupe (7) de tubes d'un fluide, vapeur ou liquide, qui fournit de la chaleur, caractérisé en ce que le groupe (7) des tubes traverse au moins une plaque. d'alimentation (18) ou une cuvette (22) dans lesquelles sont ménagées des ouvertures d'alimentation (16, 20,- 23) entourant les tubes et par lesquelles le liquide envoyé à cette plaque ou à cette cuvette peut être guidé autour de chaque tube du groupe (7) des tubes pour donner naissance à un film liquide s'écoulant le long de ces derniers. 2474647h 4. Appareil selon la revendication 3 caractérisé en ce que les ouvertures d'alimentation (23) entourant les tubes sont des ouvertures annulaires. 5. Appareil selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'il est prévu au moins une plaque de maintien (24) pour tenir les tubes du groupe (7) des tubes à une distance appropriée au-dessus de la plaque de fond de la cuvette (22), cette plaque de maintien (24) étant située pour être immer- gée dans le liquide contenu dans cette cuvette (22) afin que le film liquide circulant vers le bas le long des tubes ne soit pas brisé. 6. Appareil selon la revendication 5 caractérisé en ce que la plaque de maintien (24) est pourvue entre les tubes de larges ouvertures (25) de passage du liquide. 7. Appareil selon la revendication 3 caractérisé en ce que le bassin d'alimentation est prévu pour servir en même temps de plaque de maintien des tubes, les ouvertures (20) étant des trous percés pour le passage des tubes et présentant des encoches. 8. Appareil selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'il existe au moins une tubulure de trop-plein (15) disposée pour faire passer le liquide excédentaire d'une plaque d'alimentation (13) ou d'une cuvette d'alimentation -(14) à la plaque ou à la cuvette suivante. 9. Appareil selon la revendication 8 caractérisé en ce que les plaques d'alimentation (13) ou les cuvettes d'alimentation (14) successives sont espacées de 1 m environ..