Brevet FR2583142A1 — publié le 19861212

L'invention concerne un dispositif utilisable pour des systèmes de transport de vapeur comprimée,pour l'introduction de l'eau de condensation de lacanalisation montante (i.e. aller) de transport de vapeur dans la cana- lisation de retour du condensat afin d'accroître le rende- ment d'utilisation de la chaleur du système de transport de vapeur. - On sait qu'il faut réaliser à des intervalles déterminés, le long des canalisations de transport de va- peur à grande distance, des points de vidange o l'eau pro- duite par la pellicule de condensation apparaissant le long de la paroi de la canalisation de vapeur est éliminée de cette canalisation de vapeur, de manière à éviter un coup de bélier dans le système de transport de vapeur. Conformément à l'état de la technique, l'eau de condensation est évacuée de différentes manières: a) Il est prévu des canalisations particulières servant à collecter l'eau évacuée au niveau des points de vidange et à renvoyer cette eau à la centrale thermique. L'inconvénient essentiel de cette solution réside dans le coût de ces canalisations particulières, une troisième ca- nalisation pour l'eau de condensation évacuée devant être également installée en plus de la canalisation de trans- port de vapeur et de la canalisation de retour. b) L'eau chaude évacuée par l'intermédiaire des points de vidange de la canalisation de vapeur est utili- sée la plupart du temps sur place, par exemple pour le chauffage d'établissements horticoles. Cette solution est assurément utile, mais sa possibilité d'utilisation est limitée. c) L'eau chaude évacuée est envoyée dans un puits de vidange. Cette solution fournit le bilan énergétique le plus défavorable. La chaleur de l'eau de condensation évacuée et également l'eau, dont les ions ont été échangés et qui est très onéreuse, sont perdues en totalité. Il est d'expérience commune que la solution conformément à c) est utilisée dans la plupart des cas. Les types mentionnés ci-dessus d'évacuation de l'eau de condensation évacuée des canalisations de trans- port de vapeur à distance sont décrits dans des manuels et livres spécialisés, notamment par le Dr. Robert KISS: "Handbuch fir Feruwrmieversorgung" (Manuel de transport de chaleur à grande distance), Technischer Verlag, Budapest, 1977; Marcell KORACH: "Hoch- und Tiefban von Netzen fur Feruwreversorgung" (Superstructure et infrastructures de réseaux pour le transport de chaleur à grande distance), Technischer Verlag, Budapest, 1978. En tant que caractéristique commune des solu- tions utilisées d'une manière générale conformément aux paragraphes a)-c) mentionnés précédemment, il faut mention- ner que la pression de la vapeur à grande distance est supérieure, de presque un ordre de grandeur, à la pres- sion régnant dans la canalisation de transport de l'eau de condensation renvoyée à partir du lieu de con- sommation de la vapeur. C'est pour cette raison que, jus- qu'alors, on n'a pas pu résoudre le problème que pose l'in- troduction directe de l'eau saturée évacuée de la canali- sation de transport de vapeur à grande distance dans la canalisation de renvoi. L'eau saturée se vaporisait en ef- fet immédiatement au niveau du point de raccordement de la canalisation du condensat, qui est à une pression plus faible, et la canalisation de renvoi serait détruite par la cavitation. C'est la raison pour laquelle, par suite de l'absence d'une solution correspondante, l'eau chaude était évacuée à l'air libre, dans le cas o l'eau saturée ne pouvait pas être utilisée sur place - en vue d'une utilisation de chaleur. La perte de chaleur ainsi obtenue et l'action de l'eau chaude, nuisible pour l'environnement, sont considérables. La présente invention a pour but d'éliminer les inconvénients décrits plus haut grâce à l'agencement d'un dispositif à l'aide duquel il soit possible de réduire la pression et la chaleur de l'eau de condensation saturée au niveau des points de vidange de la canalisation de trans- port de vapeur, de manière que l'eau de condensation éva- cuée de la canalisation de transport de vapeur puisse être mélangée à l'eau circulant dans la canalisation véhiculant le condensat du système de transport de vapeur, c'est-à-dire de manière que, de cette façon, l'eau saturée évacuée au ni- veau des points de vidange de la canalisation de trans- port de vapeur à grande distance, puisse être enfin intro- duite dans la canalisation de retour. Un autre but de l'invention est d'utiliser l'en- semble de la chaleur contenue dans l'eau de condensation de la canalisation de transport de vapeur à grande distan- ce - indépendamment des pertes d'étanchéité - dans les sys- tèmes de canalisation à grande distance et d'accroître de ce fait le rendement de l'utilisation de la chaleur dans le système de transport de vapeur. L'invention est basée sur le fait que l'eau de condensation sortant de la canalisation de transport de vapeur à grande distance peut être refroidie au moyen d'un échangeur de chaleur, dont le fluide de refroidissement est formé par l'eau de condensation circulant dans la ca- nalisation de retour. L'invention concerne un dispositif utilisable pour des systèmes de transport d'une vapeur comprimée, pour l'introduction de l'eau de condensation de la canalisation montante de transport de vapeur dans la canalisation de retour du condensat et, de ce fait, pour l'accroissement du rendement de l'utilisation de la chaleur du système de transport de vapeur, une retenue d'eau disposée au niveau des points de vidange de la canalisation montante de trans- port de vapeur étant raccordée par une armoire à condensa- tion équipée d'un dispositif automatique de condensation, a l'entrée d'un dispositif de réduction de la chaleur et de la pression. Le système de transport de vapeur dispose d'une canalisation de retour du condensat. L'invention est caractérisée en ce que le dispo- sitif de réduction de la chaleur et de la pression est for- mé par un réservoir tampon, dont l'élément de sortie, pré- sent au niveau de sa base, étant raccordé à la branche de l'échangeur de chaleur, dont l'élément de sortie refroi- di pénètre dans la canalisation véhiculant le con- densat, au niveau d'un point de raccordement disposé en aval de l'échangeur de chaleur dans la direction d'écoule- ment dfe l'eau de condensat, la canalisation véhiculant le condensat étant raccordé à l'autre branche de l'échangeur de chaleur. Entre l'entrée raccordée au réservoir tampon et la sortie de l'échangeur de chaleur se trouve disposé un organe de réglage, qui, de façon appropriée, ne requiert aucune énergie auxiliaire et détecte la différence de tem- pérature et dont l'organe de manoeuvre est raccordé en amont de l'entrée de l'échangeur de chaleur. Dans une forme de réalisation préférée de l'échan- geur de chaleur utilisé dans le dispositif conforme à l'invention, une branche de l'échangeur de chaleur - est formée par la canalisation véhiculant le con- densat et l'autre branche est formée par un tu- be enroulé dans un faible nombre de spires sur la canali- sation véhiculant le condensat. Dans ce type de réalisa- tion, on utilise de préférence l'eau de condensation cir- culant dans la canalisation véhiculant le condensat, en tant que fluide de refroidissement, afin que la tempéra- ture de l'eau de condensation présente dans la canalisa- tion à grande distance se refroidisse au-dessous de la tem- pérature de saturation de la pression dans la canalisation véhiculant le condensat. Dans ce cas les deux types d'eau peuvent être mélangés sans risque de l'apparition d'une cavitation. Ceci peut être obtenu par le fait que l'écou- lement du condensat représente un débit d'eau supérieur de plusieurs ordres de grandeur au débit de l'eau beau- coup plus chaude d'évacuation de la canalisation à grande distance. L'avantage essentiel du dispositif conforme à l'invention réside dans le fait que la totalité de la cha- leur de l'eau de condensation évacuée de la canalisation de transport de vapeur à grande distance et l'eau même ayant subi un échange d'ions restent à l'intérieur du sys- tème et ne sont pas perdues. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci- après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente une canalisation de transport de vapeur à grande distance, connue en soi, avec une canalisation véhiculant le condensat et associée à un système; et - la figure 2 représente le montage du disposi- tif conforme à l'invention. Sur la figure 1 on a représenté une canalisation connue en soi de transport de vapeur à grande distance com- portant le dispositif qui est prévu au niveau des points de vidange de la canalisation pour l'évacuation de l'eau de condensation, ainsi que la canalisation véhiculant le condensat, qui s'étend à partir du point de consommation de vapeur de la canalisation de transport de vapeur à gran- de distance, dans la direction d'ébullition de la vapeur. Au niveau du point de vidange de la canalisation montante de transport de vapeur 1 se trouve disposée une retenue d'eau 2, dont la sortie est raccordée à l'entrée d'une ar- moire à condensation 3. Dans l'armoire à condensation 3 se trouve disposé un dispositif automatique de condensa- tion 4 qui veille à ce que seules les phases correspondant à l'eau puissent être éliminées de la canalisation de trans- port de vapeur. L'aptitude au fonctionnement du dispositif automatique de condensation est conditionnée par le fait que la chute de pression dans le dispositif automatique prend une valeur inférieure à environ 10-15 % de la pres- sion primaire au niveau d'une vanne. De cette manière le dispositif automatique de condensation est également apte à fonctionner dans le cas d'une contre-pression. L'armoire à condensation 3 est raccordée à un dispositif d'expansion dont le rôle est d'évacuer à l'air libre la phase gazeu- se du fluide sortant de l'armoire à condensation 3, auquel cas le liquide ou la phase formée par l'eau pénètre dans un séchoir 7 après avoir été évacué au niveau d'une sortie 6 - dans cette forme de réalisation. Dans l'environnement des points de vidange de la canalisation montante de transport de vapeur à grande distance 1, les éléments de construction servant à réali- ser la vidange ne sont pas reliés à la canalisation 8 vé- hiculant le condensat. Sur la figure 2 on a représenté la forme de réa- lisation conforme à l'invention du dispositif de la figu- re 1. La phase formée par l'eau, qui sort du dispositif automatique de condensation 4 disposé dans l'armoire à con- densation 3,est transférée au niveau de la partie supérieu- re d'un réservoir tampon10, la phase formée par l'eau étant partiellement vaporisée dans le réservoir tampon mentionné 10. La partie inférieure du réservoir tampon 10 est raccor- dée à l'entrée 11 d'un échangeur de chaleur 9 monté dans la canalisation 8 véhiculant le condensat, au moyen d'un régulateurde temxrature connue en soi et pouvant être action- né sans énergie auxiliaire et dont l'organe de manoeuvre 14 est monté en amont de l'entrée 11 de l'échangeur de cha- leur 9. La phase formée par l'eau, qui sort du réservoir tampon 10, est refroidie dans l'échangeur de chaleur 9 sous l'effet de l'action de refroidissement produite par la tem- pérature de l'eau renvoyée dans la canalisation 8 véhicu- lant le condensat, de sorte que ce liquide peut être à nou- veau introduit dans la canalisation 8 véhiculant le con- densat au niveau du point de raccordement 13 situé en aval de l'échangeur de chaleur 9, dans la direction d'écoule- ment de l'eau pénétrant dans la canalisation 8 véhiculant le condensat. On va expliquer tout d'abord les conditions de rendement thermique de la manière indiquée ci-après, en se référant à nouveau aux conditions de rendement de pression et du rendement thermique de l'eau saturée éva- cuée hors de la canalisation montante de transport de cha- leur-à grande distance 1: L'eau de condensation évacuée de la canalisa- tion montante de transport de vapeur à grande distance 1 perd une partie de sa chaleur, c'est-à-dire que sa tempé- rature.s'abaisse pendant son écoulement à travers l'armoi- re à condensation 3 ou le dispositif automatique de conden- sation 4 et en outre à travers le réservoir tampon 10. Une réduction supplémentaire de sa température intervient dans l'échangeur de chaleur 9. Après sa sortie hors de l'échan- geur de chaleur, on obtient une différence de température si élevée entre l'eau située dans la canalisation de re- tour et l'eau sortant de la canalisation montante de trans- port de vapeur à grande distance 1 et déjà partiellement refroidie, que lors de l'introduction de cette eau partiel- lement refroidie dans la canalisation 8 véhiculant le con- densat, la température de l'eau située dans cette canali- sation 8 s'échauffe d'une valeur correspondant au maximum à 10'C, ce qui est avantageux du point de vue du bilan ther- mique du système. Pour des questions de sécurité, on utilise un régulateur de température, dont l'organe de manoeuvre 14 est monté en amont de l'entrée 11 de l'échangeur de cha- leur 9. Ce régulateur de température empêche qu'il appa- raisse, sur la sortie 12 de l'échangeur de chaleur 9, un accroissement de température non admissible, car dans ce 2583142- cas l'entrée 11 de l'échangeur de chaleur 9 est étranglée par l'organe de manoeuvre 14. Les conditions de pression dans le schéma de rac- cordement conforme à la figure 2 sont les suivantes: La pression dans de l'eau saturée sortant au ni- veau des points de vidange de la canalisation montante de transport de vapeur à grande distance 1, chute uniquement pendant la traversée de l'armoire à condensation 3 ou du dispositif automatique de condensation 4, ce qui fait appa- raitre une réduction importante de la pression. La pres- sion chute de nouveau dans le réservoir tampon volumineux , et enfin la régulation du niveau nécessaire de la pres- sion est garantie par le régulateur de température, qui est constitué de façon appropriée par un système à vanne connu en soi. Comme échangeur de chaleur 9 représenté sur la figure 2, on peut installer n'importe quel échangeur de chaleur connu en soi, utilisé dans des systèmes de canali- sation de transport de vapeur à grande distance, qui satis- fait aux conditions données de pression et aux-conditions techniques données (débit d'eau, écoulements). Dans une forme de réalisation avantageuse possi- ble, la canalisation 8 véhiculant le condensat est entou- rée par un serpentin tubulaire, et ce sur une section dans laquelle on laisse circuler l'eau de condensation de la canalisation de transport de vapeur à grande distance, dans le serpentin tubulaire. On obtient de cette manière la for- me de réalisation la plus simple et la plupart du temps économique de l'échangeur de chaleur 9. Naturellement il est approprié de fixer le serpentin tubulaire par soudage sur la canalisation 8 véhiculant le condensat et de l'équi- per d'un revêtement isolant. REVENDICATIONS 1. Dispositif utilisable pour des systèmes de transport d'une vapeur comprimée, pour l'introduction de l'eau de condensation de la canalisation montante de trans- port de vapeur (1) dans la canalisation (8) de retour du condensat et, de ce fait, pour l'accroissement du rende- ment de l'utilisation de la chaleur du système de trans- port de vapeur, une retenue d'eau (2) disposée au niveau des points de vidange de la canalisation montante de trans- port de vapeur (1) étant raccordée par une armoire à con- densation (3) équipée d'un dispositif automatique de con- densation (4), à l'entrée d'un dispositif (10) de réduc- tion de la chaleur et de la pression, caractérisé en ce que le dispositif de réduction de la chaleur et de la pres- sion est formé par un réservoir tampon (10), dont l'élé- ment de sortie, présent au niveau de sa base, est raccor- dé à une branche d'un échangeur de chaleur (9), dont l'élément de sortie refroidi (12) pénètre dans la canalisation (8) véhiculant le condensat, au niveau d'un point de raccordement (13) disposé en aval de l'échangeur de chaleur (9) dans la direction d'écoulement de l'eau de condensation, la canalisation (8) véhiculant le condensat étant raccordé à l'autre branche de l'échangeur de cha- leur (9). 2. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'entre l'entrée (11) raccordée au réservoir tampon (10) et la sortie (12) de l'échangeur de chaleur (9) se trouve disposé un organe de réglage, qui, de façon appropriée, ne requiert aucune énergie auxiliaire et dé- tecte la différence de température et dont l'organe de ma- noeuvre (14) est raccordé en amont de l'entrée (11) de l'échangeur de chaleur (9). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une branche de l'échangeur de chaleur (9) est forméeparunesectiondelacanalisation (8) véhiculant le condensat et que l'autre branche est formée par un serpentin tubulaire enroulé autour de ladite sec- tion.