Brevet FR2551670A1 — publié le 19850315

La présente invention concerne un dispositif pour la reconcentration d'une solution ou d'un mélange par ébullition contrôlée et extraction du composant le plus volatil. Ce dispositif trouve une application particulièrement intéressante dans le conditionnement d'air où un courant d'air est déshumidifié par pulvérisation d'une solution hydrophile par exemple du chlorure de lithium qui en plus de ses propriétés hydrophiles, est un désinfectant efficace. On a proposé dans le brevet français 2 446 995 demandé au nom de : Electricité de FRANCE, de régénérer la solution absorbante dans un concentrateur à recompression mécanique des vapeurs dans lequel l'eau extraite de la solution absorbante sous forme de vapeur est comprimée par un compresseur. Or, il s'avère que ce procédé, a priori séduisant, présente des difficultés de réalisation surtout dans les basses puissances (conditionnement de l'air domestique ou semiindustriel). En effet, les compresseurs de vapeur d'eau dans cette gamme de puissance n'ont pas atteint la maturité industrielle souhaitable. Le dispositif suivant l'invention, pour la reconcentration d'une solution (par exemple du chlorure de lithium) par ébulition contrôlée et extraction du composant le plus volatil (eau sous forme de vapeur) comporte essentiellement une enceinte étanche maintenue à une pression inférieure à la pression ambiante, renfermant un échangeur-bouilleur sur lequel on pulvérise la solution afin que le composant le plus volatil s'évapore et un échangeur-condenseur sur lequel ce composant se recondense, ainsi que des moyens associés par lesquels sont collectés et évacués respectivement la solution reconcentrée et le composant volatil recondensé, lesdits échangeurs étant couplés en série avec d'une part un compresseur et d'autre part un détendeur pour former une boucle thermodynamique hermétique. Avantageusement, la boucle thermodynamique est constituée d'éléments équipant un système frigorifique. Suivant une première caractéristique de l'invention l'échangeur-bouilleur, surmonté d'une buse ou rampe d'aspersion de la solution à concentrer, est disposé dans la partie basse de l'enceinte dont le fond, formant collecteur de la solution reconcentrée, est relié à un conduit pourvu d'une pompe et/ou présentant une hauteur de chute suffisante pour ramener la solution au moins à la pression ambiante. Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'échangeur-condenseur est disposé dans la partie haute de l'enceinte au dessus d'un collecteur du composant recondensé laissant passage à la vapeur ascendante et relié a' un conduit pourvu d'une pompe et/ou présentant une hauteur de chute suffisante pour ramener le composant au moins à la pression ambiante L'enceinte étanche est maintenue à une pression inférieure à la pression ambiante par un dispositif approprié (pompe à vide) dont le fonctionnement est sporadique lorsque la pression désirée est atteinte. En effet, l'apport dans l'enceinte de la solution se trouve compensé par la sortie en quantité similaire de la solution concentrée et du composant. La pompe à vide n'a donc pour rôle que d'évacuer périodiquement les gaz incondensables. Ainsi pour une dépense énergétique faible, on abaisse la température d'ébullition du composant volatil (eau) en introduisant la solution dans une enceinte ou règne une pression plus basse que la pression ambiante, à savoir, en général la pression atmosphérique. Un autre avantage du dispositif réside dans le fait d'utiliser des éléments parfaitement connus pour leur fiabilité et pour leur prix de revient puisqu'ils sont déjà disponibles sur le marché et notamment pour l'équipement des réfrigérateurs. Enfin, il est possible d'ajuster la pression de fonctionnement (et les éléments du système en conséquence) de manière à satisfaire aux différents critères de sécurité (pression de travail maximum par exemple) en vigueur dans certains pays. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une vue schématique d'une installation comportant le dispositif de reconcentration d'une solution et l'extraction d'un composant. La figure 2 est une vue en élévation d'un mode de réalisation du dispositif suivant l'invention. En regard de la figure 1, on peut voir le dispositif suivant l'invention A appliqué dans une installation comportant un système de déshumidification d'air B. Le dispositif A comporte une enceinte étanche 1 insérée dans une enveloppe 2. Cette enceinte 1 est maintenue à une pression inférieure à la pression ambiante (en général aLmosphérique) à savoir une pression de l'ordre de 0,05 bar, grâce à une pompe à vide 3, raccordée à l'enceinte 1 par le conduit 4. L'enceinte 1 renferme un échangeur-bouilleur 5 et un échangeur-condenseur 6 couplés par des conduits 7 à l'extérieur de l'enceinte avec des traversées étanches, en série avec d'une part un compresseur 8 et d'autre part un détendeur 9 pour former une boucle thermodynamique hermétique dont le fluide (par exemple des réfrigérants organiques fluorés) et les conditions de travail sont choisis - pour une solution et une concentration données - en fonction du degré de pression régnant dans l'enceinte 1. A titre d'exemple pour une pression dans l'enceinte de 0,05 bar, la température de l'échangeurbouilleur sera sensiblement de 600C et celle de l'échangeurcondenseur de 340C.L'enceinte 1 renferme également une buse ou rampe d'aspersion de la solution à concentrer, disposée auX dessus de l'échangeur-bouilleur 5, des moyens 12 pour recueillir la solution concentrée et des moyens 13 pour recueillir le composant. Les moyens 12 sont disposés dans la partie basse de l'enceinte 1 et sont constitués par le fond, formant collecteur de l'enceinte. Les moyens 13 sont disposés dans la partie haute de l'enceinte, mais en dessous de l'échangeur-condenseur 6 et sont constitués par un collecteur du composant recondensé laissant passage 29 à la vapeur ascendante du composant volatil. Les moyens 12 et 13 sont reliés respectivement à des conduits 14 et 1S traversant l'enceinte 1, chacun étant muni des dispositifs respectivement 16 et 17 pour retrouver la pression ambiante. Ces dispositifs peuvent être des pompes de petite puissance 16a, 17a et/ou des conduits 14, 15 présentant une hauteur de chute suffisante 16b, 17b. Le système de déshumidification d'air B comporte une gaine 21 parcourue par un courant d'air à déshumidifier sur lequel on pulvérise par une buse ou rampe 22 une solution hydrophile provenant du collecteur 12. Le fond de la gaine 21 peut servir de collecteur à la solution qui s'est combinée avec la vapeur d'eau véhiculée par le courant d'air. Un conduit 23 muni d'une pompe 24 récupère la solution et le composant (eau) pour les transporter soit directement par le conduit 25 vers la buse ou rampe de pulvérisation 22 en combinaison avec la solution concentrée provenant du collecteur 12 soit par le conduit 26vers la buse ou rampe d'aspersion 11 pour être traités. Avantageusement, la solution hydrophile peut être une solution aqueuse de chlorure de lithium. Le fonctionnement du dispositif est le suivant le mélange solution hydrophile (chlorure de lithium) et composant (eau) est aspergé sur l'échangeur-bouilleur 5 dont le fluide le parcourant est réchauffé par la compression due à l'action du compresseur 8. Le composant le plus volatil (eau) est vaporisé (tandis que la solution tombe par gravité dans le collecteur 12 pour être recyclée) et s'élève par les passages 29 du collecteur 13 pour se trouver en contact avec l'échangeurcondenseur 6 dont le fluide le parcourant est refroidi à la suite de la détente effectuée par le détendeur 9. Le composant recueilli par le collecteur 13 est ensuite évacué. On peut chercher à augmenter la température du mélange en insérant dans le conduit 26 d'une part un échangeur 31 en contact avec la solution enrichie, parcourant le conduit 14, réchauffée après son passage sur l'échangeur-bouilleur 5 et d'autre part un échangeur 32 en contact avec le fluide thermodynamique réchauffé par le compresseur 8 après un passage dans l'échangeur-bouilleur 6. La figure 2 montre un exemple d'un mode de réalisation préférentiel du dispositif suivant l'invention. Ce dispositif se présente sous une forme compacte renfermant les principaux constituants et permettant un raccordement aisé avec les conduits pour l'utilisation. L'enceinte 1 est un caisson étanche fait d'une matière plastique résistant à la corrosion par la solution, par exemple en polytétrafluoroéthylène ou une résine synthétique telle qu'une époxyde, renfermant le collecteur 13 du composant condensé, également en polytétrafluoroéthylène ou résine synthétique soutenu par le conduit traversant 15. L'échangeur-bouilleur et 1 'échangeur-condenseur sont constitués de tubes 33 (métalliques par exemple) revêtus d'un traitement de surface pour leur protection (époxy, PVC, téflon, chrome). Les tubes 33 traversent le caisson et sont soudés a celui-ci avec étanchéité et réunis par des collecteurs 34a et 34b, 35a et 35b. L'enveloppe 2 est constituée d'une virole avec un couvercle, chaudronnée et portant des bossages pour le raccordement avec diverses tuyauteries. Elle peut également renfermer le compresseur 8 et le détenteur 9. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la reconcentration d'une solution ou d'un mélange par ébullition contrôlée et extraction du composant le plus volatil, caractérisé en ce qu'il comporte essentiellement une enceinte étanche tl) maintenue à une pression inférieure à la pression ambiante renfermant un échangeur-bouilleur (5) sur lequel on pulvérise la solution afin que le composant le plus volatil s'évapore, et un échangeurcondenseur sur lequel le composant se recondense, ainsi que des moyens associés (12, 13) par lesquels sont collectées et évacuées respectivement la solution reconcentrée et le composant volatil recondensé, lesdits échangeurs (5, 6) étant couplés en série avec d'une part un compresseur (8) et d'autre part un détendeur (9) pour former une boucle thermodynamique hermétique. 2. Dispositif selon la revendication (2) caractérisé en ce que la boucle thermodynamique est constituée d'éléments équipant un système frigorifique. 3. Dispositif selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'échangeur-bouilleur (5), surmonté d'une buse ou rampe d'aspersion (11) de la solution à concentrer, est disposé dans la partie basse de l'enceinte dont le fond, formant collecteur (12) de la solution reconcentrée, est relié à un conduit (14) pourvu d'une pompe (16a) et/ou présentant une hauteur de chute suffisante (16b) pour ramener la solution au moins à la pression ambiante. 4. Dispositif selon l'une des revendication I à 3, caractérisé en ce que l'échangeur-condenseur (6) est disposé dans la partie haute de l'enceinte au-dessus d'un collecteur (13) du composant d'eau recondensée laissant passage (23) à la vapeur ascendante et relié à un conduit (15) pourvu d'une pompe (17a) et/ou présentant une hauteur de chute (17b) suffisante pour ramener le composant au moins à la pression ambiante. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la solution à concentrer est réchauffée d'une part dans un échangeur (31) en contact avec la solution enrichie, réchauffée après son passage sur l'échangeur-bouilleur 5 et d'autre part dans un échangeur 32 en contact avec le fluide thermodynamique après un passage dans l'échangeur bouilleur(6). 6. Dispositif selon l'une quelconque des reven dications 1 à 5 caractérisé en ce que l'enceinte précitée (1) est faite d'une matière plastique résistant à la corrosion par la solution, et en ce que les échangeurs (5,6) et les conduits (4, 11, 14, 15)d'arrisée de la solution et de sortie de l'eau extraite sont des tubes métalliques extérieurement recouverus d'un matériau soudable à la matière de l'enceinte. et également résistant à la corrosion. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le matériau précité est une matière plastique telle que le polytétrafluoroéthylène ou une résine synthétique telle qu'une époxyde. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que le dispositif est inséré dans une enveloppe 2 formée d'une virole et d'un couvercle. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisée en ce qu'il est appliqué dans un système de déshumidification d'air dans lequel on pulvérise une solution hydrophile provenant du collecteur (12), la solution hydrophile étant du chlorure de lithium.