Brevet FR2492074A1 — publié le 19820416

L'invention concerne une installation pour réchauf- fer des pièces électrotechniques isolées par du papier, comme par exemple des transformateurs, des condensateurs, des trans- formateurs de mesure, des traversées de courant, etc. dans le but de les sécher et de les dégazer sous'vide. Il existe différents procédés suivant lesquels des pièces qui doivent être séchées sous vide sont amenées à la température souhaitée. La présente invention concerne le pro- cédé par réchauffement et condensation (procédé en phase va- peur). Les pièces à sécher - il s'agit essentiellement de pièces électriques isolées à l'aide de papier, comme par exem- ple des transformateurs, des condensateurs, des transformateurs de courant, des traversées de courant, etc - se trouvent dans une chambre étanche au vide ou dans leur propre boitier étan- che au vide. Avant que les isolements en papier soient impré- gnés d'huile isolante pour transformateurs pour augmenter leur rigidité diélectrique, l'eau dissoute dans le papier par suite de l'humidité de l'air doit être éliminée. A cet effet, les pièces sont réchauffées sous vide. L'eau s'évapore alors et se dépose dans le condenseur situé en amont de la pompe à vide. Pour réchauffer les pièces à la température de séchage nécessaire, on introduit dans la chambre de la vapeur d'un liquide à bas point d'ébullition, par exemple de la vapeur de kérozène. Lors de la condensation de cette vapeur sur les surfaces des pièces encore relativement froides, la chaleur de condensation libérée est transférée à ces surfaces et elle augmente leur température. Le condensat qui s'écoule dissout les restes d'huile adhérant aux pièces qui, notamment dans le cas de transforma- teurs ayant déjà servi, peuvent exister en quantités impor- tantes. Pour être réutilisé, le liquide est recueilli et con- duit dans un évaporateur à l'aide d'une pompe de circulation. Le kérosène utilisé comme agent caloporteur possède une tension de vapeur plus faible que celle de l'eau pour toutes les tempé- ratures rencontrées. De cette manière, il est possible de sé- cher également les pièces pendant le réchauffement, en envoyant vers un condenseur un courant partiel de vapeur qui entraîne la vapeur d'eau sortant des pièces. Ce procédé est connu. Des modes d'exécution fondamentaux de ce procé- dé sont décrits par Oesch et Schatzl, dans "Die Solvent- dampftrocknung von Leistungs transEormatoren", Micafil Nachrichten, Août 1976, et dans le livre de F. Kneule "Das Trocknen" 3ème édition, Editions SauerlUnder, Aarau et Francfort, p.451-452. Pour ledit procédé, on utilise par exemple des évaporateurs à bulles. Ceux-ci présentent l'inconvénient que les constituants à point d'ébullition élevé de la so- lution qui s'évapore se concentrent dans l'évaporateur et font diminuer la tension de vapeur du liquide caloporteur. De ce fait, la puissance de l'évaporateur diminue et on ne peut plus obtenir la température prescrite sur les pièces devant être réchauffées Pour séparer le liquide caloporteur de l'huile concentrée, on doit alors effectuer des essais témoins, qui impliquent des dépenses énergétiques importan- tes et des délais plus longs. On connaît en outre un procédé dans lequel la séparation de constituants à bas point d'ébulition et à haut point d'ébullition est obtenue en surchauffant le li- quide, en l'injectant sous pression par une buse dans la chambre de séchage, dans laquelle se trouvent les pièces, et en le laissant se détendre. Les constituants à bas point d'ébullition s'évaporent alors, la température d'évaporation étant suffisamment abaissée par la chaleur d'évaporation uti- lisée pour que les pièces à sécher ne soient plus endommagées par la température de surchauffe. Les constituants à haut point d'ébullition du li- quide ne s'évaporent pas et ils sont envoyés dans un récipient collecteur à l'aide de chicanes ou de moyens similaires. Dans le cas o les pièces à sécher sont des transformateurs dans un boîtier individuel, cette évaporation par détente s'effec- tue également dans un vase d'expansion, situé en amont, qui est couplé à un récipient collecteur pour les constituants à haut point d'ébullition. Ce procédé présente l'inconvénient d'une dépense importante en moyens techniques et en moyens de commande. On connait par ailleurs des évaporateurs à film descendant pour épaissir des solutions, la vapeur se dépo- sant dans un condenseur, ce qui permet d'obtenir une con- centration des constituants qui ne s'évaporent pas dans le produit en circuit fermé. L'intégralité de la séparation des deux constituants de la solution dépend de la température régnant dans le condenseur de vapeur. Etant donné que dans le procédé en phase vapeur, les pièces à réchauffer servent de condenseur, la tension de vapeur augmente en permanence pen- dant la phase de réchauffement et, simultanément, la con- centration d'agent caloporteur augmente dans le circuit de recyclage, de sorte que l'utilisation d'un évaporateur à film descendant seul n'apporte aucun avantage essentiel vis-à-vis de l'évaporateur à bulles. L'invention se propose d'éliminer les inconvénients mentionnés ci-dessus et de permettre, d'une façon simple du point de vue opérationnel, une séparation continue des cons- tituants à bas point d'ébullition et à haut point d'ébulli- tion présents dans le liquide de réchauffement contaminé, sans dépense énergétique supplémentaire. Ce problème est résolu suivant l'invention grâce au fait que pour évaporer le liquide de réchauffement à bas point d'ébullition et pour séparer sa vapeur des constituants à haut point d'ébullition, on utilise un évaporateur à couche mince connu en soi, notamment un évaporateur à film descendant. De tels évaporateurs à couche mince sont conçus de manière que les surfaces réchauffées soient mouillées par un film mince de liquide devant être évaporé, dans l'évaportaur, la tempéra- ture de ce liquide pouvant être maintenue de manière que seul le constituant du liquide dont l'évaporation est souhaitée s'évapore. Suivant l'invention, le produit de reflux encore chaud de l'huile avec une concentration résiduelle en kéro- sène est conduit dans un récipient collecteur isolé, par l'intermédiaire d'une soupape de limitation de pression superposée des liquides, un dispositif d'évaporation ulté- rieure se trouvant entre ce récipient collecteur et la soupa- pe, et ce dispositif d'évaporation ultérieure ainsi que le récipient collecteur étant, suivant l'invention, reliés à un condenseur de vapeur dans lequel la quantité résiduelle de liquide caloporteur est éliminée par distillation. De cette manière l'huile est extraite de façon continue du circuit de recyclage de l'agent caloporteur. En outre, le ré- cipient collecteur est avantageusement relié au condenseur par une conduite de vapeur au moyen de laquelle les restes des constituants à bas point d'ébullition du liquide sont récupé- rés pour être renvoyés dans le circuit de recylcage de la va- peur, la chaleur d'évaporation étant obtenue grâce à l'isola- tion thermique et/ou par chauffage du récipient collecteur. Il est également possible d'utiliser comme dispositif d'éva- poration ultérieure une partie séparée du faisceau tubulaire de l'évaporateur à film descendant, en amenant, au moyen d'une pompe supplémentaire, le mélange huile-kérosène s'écoulant par la soupape de limitation de pression à cette partie d'évapo- rateur, ce qui permet de séparer les parties restantes du li- quide caloporteur. Ce type d'agencement permet de donner à l'installation une hauteur plus faible et de ne pas utiliser d'évaporateur supplémentaire. En outre, le dispositif d'éva- poration ultérieure peut être utilisé en circulation dans le même sens ou à contre-courant. Lorsque la température des pièces à réchauffer aug- mente, la concentration d'agent caloporteur dans le circuit de recyclage augmente également et la chaleur spécifique de la solution n'est plus en mesure de faire évaporer tout le kéro- sène. En outre, à ce moment l'huile est déjà éliminée des pièces chauffées et sa faible concentration dans le kérosène n'est plus gênante. De plus, la concentration en kérosène aug- mente -Sufait que l'évaporateur ne peut plus recevoir toute l'énergie offerte par manque de surfaces froides suffisantes. Autrement dit, seule une partie du liquide caloporteur amené à l'évaporateur s'évapore. Pour cette partie de la phase de réchauffement, il est utile de pouvoir interrompre la séparationde l'huile en ferment une soupape d'arrêt prévue à cet effet entre la soupape de limitation de pression et le dispositif d'évaporation ulté- rieure et en ouvrant une soupaped'arrêt montée sur une conduite de couplage du circuit avec le récipient collecteur, de ma- nière que les parties du mélange liquide qui ne sont pas éva- poréessoient ramenées dans le récipient collecteur. Ceci per- met d'obtenir une adaptation de la puissance de l'évaporateur à l'absorption d'énergie réduite de la charge de l'évaporateur, sans modifier le débit de kérosène. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de plusieurs modes de réalisation donnés à titre d'exemple mais non limitatifs et représentés aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un schéma du dispositif suivant l'invention; la figure 2 représente une partie d'une variante du schéma de la figure 1, une partie de l'évaporateur à film descendant étant utilisée comme dispositif d'évaporation ulté- rieure avec circulation dans le même sens (à cocourants); et la figure 3 représente l'agencement de la figure 2 utilisé à contre-courant. Les pièces à sécher 2 se trouvent dans une chaudière de séchage 1 de la figure 1. De la vapeur de kérosène, prove- nant de l'évaporateur à film descendant 3, est introduite dans la chaudière de séchage 1 par l'intermédiaire d'une conduite 5. La vapeur se condense sur les surfaces des pièces 2 et délivre sa chaleur de condensation aux pièces 2. Le conden- sat se rassemble dans le récipient collecteur 14 sous la chau- dière de séchage 1, et il est retourné à l'évaporateur par l'intermédiaire d'une pompe de circulation 6. Le produit de reflux est amené, par l'intermédiaire d'une soupape de limitation de pression 10 (soupape à flot- teur) au dispositif d'évaporation ultérieure 15 et au réci- pient collecteur 4, les deux étant maintenus à une pression plus faible que l'évaporateur à film descendant 3, grâce à une conduite de couplage avec le condenseur 13, ce qui assure un nettoyage supplémentaire de l'huile séparée. Si une partie 18 de l'évaporateur à film descendant est utilisée comme dispositif d'évaporation ultérieure avec circulation à cocourant (de même sens), l'installation est agencée de la manière représentée sur la figure 2. Le pro- duit de reflux s'écoulant par la soupape de limitation de pression 10 est amené, à l'aide de la pompe de circulation 19, à la partie droite de l'évaporateur 18, plus petite, et il y est redistillé. La vapeur se condense dans le conden- seur 13, et l'huile résiduelle est rassemblée dans le réci- pient 4. La partie 18 de l'évaporateur à film descendant 3 utilisée comme dispositif d'évaporation ultérieure peut également fonctionner à contrecourant. La vapeur est alors conduite au condenseur 13 par l'intermédiaire de la conduite sur la figure 3. Le récipient collecteur 4 peut encore comprendre une isolation thermique 16 et/ou un dispositif chauffant supplémentaire 17. Il est vidé à la fin du traitement. Le vide dans la chaudière de séchage 1 est éta- bli et maintenu par une pompe à vide 8, en amont de laquelle sont disposés un condenseur 7 et un collecteur de condensat 9 pour le liquide de réchauffement. Enfin, le circuit situé sous l'évaporateur 3 cQm- prend une soupape d'arrêt 11 montée entre la soupape 10 et le dispositif d'évaporation ultérieure et,entre les deux soupapes, une conduite munie d'une soupape 12 assure un couplage avec le récipient collecteur 14. Les soupapes 11 et 12 sont commandées en fonction de la température T mesurée dans la chaudière 1. -VENDICATIONS 2492074 1. Installation pour réchauffer et sécher des pièces électrotechniques isolées par du papier, sous vide, par la chaleur de condensation de la vapeur d'un premier liquide, au moins un second liquide' possédant un point d'ébullition plus élevé sortant des pièces lorsqu'elles sont réchauffées, ce second liquide formant une solution avec le premier, et le liquide à point d'ébullition plus élevé étant séparé en utilisant un évaporateur.à couche mince, notamment un évaporateur à film descendant, installation comportant une chaudière (1) pouvant être mise sous vide, une pompe à vide (8), deux condenseurs de vapeur (7,13) en amont de la pompe à vide, et un évaporateur à film descen- dant (3) sous lequel est disposé un récipient collecteur (4) pour recevoir le liquide à point d'ébullition plus élevé, ca- ractérisé en ce que sous l'évaporateur à film descendant (3) est disposée une soupape de limitation de pression (10) par laquelle s'écoulent les parties non évaporées du liquide, et en ce qu'en aval de la soupape de limitation de pression (10) est placé un dispositif d'évaporation ultérieure (15), avec une conduite de couplage avec le condenseur (13), dans lequel la-concentration résiduelle du premier liquide est réduite à la valeur correspondant à la tension de vapeur dans le condenseur (13). 2. Installation suivant la revendication 1, carac- térisée en ce que les parties non évaporées du liquide cou- lent en continu au dessous de la soupape de limitation de pression. 3. Installation suivant la revendication 1, carac- térisée en ce que le récipient collecteur (4), est isolé thermiquement et/ou peut être chauffé et en ce qu'il est cou- plé au condenseur (13) par une conduite de vapeur. 4. Installation suivant la revendication 1, carac- térisée en ce qu'entre la soupape de limitation de pression (10) et le dispositif d'évaporation ultérieure (15) est dis- posée une soupape d'arrêt (11), et entre la soupape de limi- tation de pression (10) et la soupape d'arrêt (11) se trouve une conduite de couplage avec le récipient collecteur (14), 8 2492074 qui comprend une soupape d'arrêt 12 et par l'intermédiaire de laquelle, dans le cas d'une température élevée dans la chaudière (1), les parties non évaporées de la solution sont ramenées dans le récipient collecteur (14). 5. Installation suivant là revendication 1, carac- térisée en ce que comme dispositif d'évaporation ultérieure on utilise une partie séparée isolée (18) du faisceau tubulaire de l'évaporateur à film descendant (3) en liaison avec une pompe de circulation (19). 6. Installation suivant les revendications 1 et 5, caractérisée en ce que le condenseur de vapeur (13) du dispo- sitif d'évaporation ultérieure (18) est fermé au niveau de sa partie supérieure, de sorte que la vapeur circule à contre- courant du liquide.