Brevet FR2618692A1 — publié le 19890203

La présente invention est relative à un évaporateur inversé comportant des tubes verticaux maintenus par une plaque collectrice supérieure et par une plaque collectrice inférieure, la pression étant équilibrée entre l'enceinte de répartition située à la partie supérieure et l'enceinte réservée à la vapeur et située à la partie inférieure et l'appareil comportant, insérée dans chaque tube dans la zone de la plaque collectrice supérieure, une pièce comportant un alésage central et, au- dessous de l'ouverture de sortie de l'alésage de la pièce en question, un corps additionnel monté à une certaine distance. Dans les évaporateurs inversés de ce type, il est indispensable de répartir le liquide qui doit être soumis à l'évaporation, d'une part d'une manière uniforme entre les différents tubes de l'évaporateur et, d'autre part, d'une manière aussi uniforme que possible, sous la forme d'une pellicule de liquide sur la paroi intérieure de chaque tube évaporateur. On connaît plusieurs types de répartiteurs de liquide utilisés dans des évaporateurs inversés. L'une des solutions préconisées consiste à disposer au- dessus des plaques collectrices des fonds perforés qui présentent cependant l'inconvénient que les ouvertures de ces fonds perforés s'obstruent au bout d'un certain temps de fonctionnement et que, de ce fait, une répartition uniforme n'est plus assurée. On connaît également des répartiteurs à pas et à trop plein. Ceux-ci ne donnent cependant de bons résultats qu'avec des liquides aqueux propres ne contenant pas de particules solides. Lorsque les liquides traités sont peu fluides ou chargés de particules solides, ces répartiteurs de liquide ne fonctionnent plus d'une manière satisfaisante. Ce résultat s'explique par exemple par les faibles dimensions des sections d'écoulement ou encore par les anomalies d'évacuation et de dégagement par trop-plein résultant du mode d'écoulement non newtonien. Lorsque l'évaporateur inversé n'est pas exactement vertical, notamment quand il fonctionne d'après le principe du trop-plein, le liquide se répartit mal ce qui augmente le risque de formation d'incrustations et diminue le taux de transmission de la chaleur. Le brevet US-PS 3 995 663 préconise une solution consistant à insérer dans chaque tube d'évaporateur un répartiteur de liquide constitué par une plaque de maintien supérieure à laquelle est relié un tube d'introduction. La plaque de maintien est placée sur la plaque collectrice supérieure. Au tube d'introduction se raccorde un entonnoir qui va en s'élargissant dans la direction d'écoulement et qui se prolonge par une douille cylindrique relativement longue qui s'applique contre la surface intérieure du tube d'évaporateur. La zone de l'entonnoir comporte un cône dont le sommet se trouve en haut et qui répartit le liquide suivant la forme d'une cloche. De ce fait, la plus grande partie du liquide qui doit être soumis à l'évaporation n'arrive que loin au-dessous du cône et une faible partie seulement de ce liquide est guidé par suite des forces d'adhérence, en traversant l'entonnoir et la douille, Jusque sur la paroi intérieure des tubes. En l'absence de cette douille cylindrique longue, les tubes de l'évaporateur ne seraient mouillés que d'une manière insuffisante dans cette zone supérieure, ce qui provoquerait des incrustations et, par conséquent des avaries dans les tubes de l'évaporateur. Le but de l'invention est la réalisation d'un évaporateur inversé du type initialement défini qui assure une meilleure répartition du liquide et qui, de plus, soit moins sensible à un manque de précision dans le montage et la mise en place. Ce but est atteint dans le cas d'un évaporateur inversé du type initialement défini du fait que l'appareil comporte un corps additionnel constitué par un corps d'impact qui est relié, par une ou plusieurs parties allongées, à une pièce d'insertion et qu'au-dessus de la plaque collectrice supérieure, le niveau du liquide est maintenu à une hauteur qui dépend du milieu qui doit être soumis & l'évaporation. Du fait que le niveau du liquide-n'est pas réglé d'une manlere critique, le comportement sous charge partielle peut être contrôlé dans un vaste domaine, ce qui contribue à la sécurité du fonctionnement. Le milieu est introduit d'une manière connue en passant sur une plaque de répartition à son arrivée dans l'évaporateur inversé et forme une couche de liquide sur la plaque collectrice, En raison de la hauteur géodésique, le liquide en arrivant sur le corps d'impact forme un éventail dirigé vers la paroi du tube, ce qui donne sur la surface intérieure du tube une pellicule uniforme de liquide. Ce qui est essentiel, c'est que le dispositif suivant l'invention élimine les problèmes de répartition du liquide entre les différents tubes et que le mécanisme de la répartition se ramène du fait de la correspondance univoque entre les répartiteurs de liquide et les tubes-de l'évaporateur, à un problème à une seule dimension. Il n'y a donc aucun influence exercée en cas de variations ou d'agitation du niveau du liquide au-dessus de la plaque collectrice supérieure. Le répartiteur de liquide suivant l'invention convient à n'importe quelles dimensions de tubes et à n'importe quelles dimensions d'évaporateur. Pouvant s'adapter à n'importe quel débit et à n'importe quel milieu, il peut être utilisé d'une manière universelle.. Il peut donc-être utilisé avec des liquides chargés de particules solides, avec des liquides peu fluides et avec des liquides tendant à déposer des corps solides. Pour obtenir la formation d'une pellicule de liquide uniforme commençant autant que possible Juste à la sortie du tube d'évaporateur hors de la plaque collectrice supérieure ou au niveau du bord inférieur de la pièce d'insertion, il est prévu dans un mode de réalisation particulier de l'invention, de donner au corps d'impact une surface de réception plane ou concave et un diamètre égal ou supérieur au diamètre intérieur de l'alésage de la pièce d'insertion, l'incurvation étant de préférence concave. Suivant la nature du milieu qui doit être soumis à l'évaporation et suivant les dimensions des tubes, il est prévu dans un mode de réalisation de l'invention de placer le corps d'impact à une distance de l'ouverture de sortie de l'alésage qui soit telle qu'elle assure la projection libre du milieu qui doit être soumis à l'évaporation Jusqu'au corps d'impact, le rapport entre le diamètre intérieur de l'alésage et la distance en question pouvant varier de 0,2 à 3,0. Cette disposition donne des sections transversales suffisantes même lorsque l'évaporateur inversé est utilisé pour des liquides chargés de particules solides, empêche avec certitude toute obstruction et tout encrassement et offre la garantie que le Jet libre arrive sur la totalité de sa section transversale sur le corps d'impact et est dévié sur la paroi du tube. Une autre solution préconisée consiste à fixer le corps d'impact de telle manière que la ou les parties allongées qui le supportent aient une forme qui empêche dans une large mesure la subdivision de l'éventail de liquide dévié par le corps d'impact. Une disposition particulière tendant à éliminer les problèmes de répartition et d'arrivée, notamment dans le cas de liquides contenant des particules solides, consiste à disposer la pièce d'insertion de manière qu'elle soit dans l'alignement du bord supérieur de la plaque collectrice. Cette disposition evite à la fois des dépôts entre les différents répartiteurs de liquide et les tourbillons qui pourraient troubler l'arrivée dans la pièce d'insertion et la formation du Jet libre. L'utilisation d'une pièce d'introduction sans bourrelet contribue également à diminuer la hauteur de l'appareil et à réduire les frais. Les bords d'arrivée de la pièce d'insertion comportent un rayon de courbure. Dans un mode de réalisation de l'invention, la hauteur totale du répartiteur de liquide constitué par la pièce d'insertion et le corps d'impact est égale à 0,3 à 1,5 fois le diamètre intérieur du tube d'évaporateur et la hauteur de la pièce d'introduction est égale à 0,5 à 1,5 fois l'épaisseur de la plaque collectrice, d'une part pour réduire la hauteur du répartiteur de liquide, qui n'est plus que le 1/5 environ de ce qu'elle est d'habitude, et d'autre part pour utiliser efficacement la longueur totale des tubes de l'évaporateur pour l'évaporation, ce qui permet de réduire la hauteur de l'évaporateur et les frais qui lui correspondent. Pour obtenir un fonctionnement sûr, quelles que soient les conditions de fonctionnement, il est prévu que l'enceinte de répartition et l'enceinte réservée à la vapeur soient reliées par un tube d'équilibrage de la pression qui, à son extrémité supérieure, dépasse audessus du niveau du liquide à l'intérieur de l'enceinte de répartition. Cette disposition évite tout instabilité du système. L'invention est décrite ci-dessous d'une manière plus détaillée au moyen d'un exemple de réalisation en se référant au dessin. La figure 1 est une coupe de l'évaporateur inversé. La figure 2 représente une partie de la figure 1 comprenant la plaque collectrice supérieure, un tube d'évaporateur et un répartiteur de liquide. L'enceinte de répartition 1 contient une plaque de répartition 2 qui assure la répartition du liquide à son arrivée sur la plaque collectrice supérieure 3. Les tubes d'évaporateur 5 sont insérés dans des alésages des plaques collectrices 3 et 4. Au dessous de la plaque collectrice 4, l'appareil comporte l'enceinte 6 réservée à la vapeur qui, pour que l'équilibrage de la pression soit assurée, est reliée par un tube 7 d'équilibrage de la pression, à l'enceinte de répartition 1. Chacun des tubes d'évaporateur 5 comporte, à sa partie supérieure, un répartiteur de liquide constitué par la pièce d'insertion 8, par des parties allongées 9, et par le corps d'impact 10. La pièce d'insertion 8 est introduite par poussée de manière à être dans l'alignement du bord supérieur de la plaque collectrice 3. L'entrée dans l'alésage central 11 comporte un rayon de courbure 12. La hauteur H du niveau du liquide au-dessus de la plaque collectrice supérieure 3 dépend de la hauteur géodésique nécessaire & la réalisation d'un Jet libre et sans obstacle à partir de l'extrémité inférieure de l'alésage 11, c'est à dire de la viscosité et de la composition du liquide qui doit être soumis à l'évaporation. Le Jet de liquide arrive sur la surface 13 du corps d'impact 10 qui, dans l'exemple envisagé, est concave. Le diamètre de ce corps d'impact 10 est au moins égal au diamètre de l'alésage 11. Le jet qui arrive est divisé et dévié en direction de la surface de la paroi du tube d'évaporateur 5. Pour que l'éventail de liquide qui se forme soit aussi peu divisé que possible, les pièces allongées 9 sont minces et de forme aérodynamique. La distance comprise entre le corps d'impact 10 et le bord inférieur de l'alésage 11 est désigné par A. Le rapport entre le diamètre de l'alésage 11 et cette distance A, qui dépend des dimensions du tube et de la nature du milieu qui doit être soumis à l'évaporation varie de 0,2 à 3,0. La hauteur totale B du répartiteur est maintenue aussi faible que possible et varie de 0,3 à 1,5 fois le diamètre intérieur du tube d'évaporateur 5, l'épaisseur de la pièce d'insertion 8 étant égale à 0,5 à 1,5 fois l'épaisseur de la plaque collectrice 3. REVENDICATIONS 1- Evaporateur inversé comportant des tubes verticaux maintenus par une plaque collectrice supérieure et par une plaque collectrice inférieure, la pression étant équilibrée entre l'enceinte de répartition située à la partie supérieure et l'enceinte réservée à la vapeur et située à la partie inférieure et l'appareil comportant, insérée dans chaque tube dans la zone de la plaque collectrice supérieure, une pièce comportant un alésage central et au-dessous de l'ouverture de sortie de l'alésage de la pièce en question, un corps additionnel monté à une certaine distance caractérisé en ce que le corps additionnel est un corps d'impact (10) relié par une ou plusieurs parties allongées (9), à une piece d'insertion (8) et en ce qu'au dessus de la plaque collectrice supérieure (3) le niveau du liquide est maintenu à une hauteur qui dépend de la nature du milieu qui doit être soumis à l'évaporation. 2- Evaporateur inversé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps d'impact (10) comporte une surface d'arrivée plane ou concave (13) et a un diamètre égal ou supérieur au diamètre intérieur de l'alésage (11) de la partie d'insertion (8). 3- Evaporateur inversé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le corps d'impact (10) est à une distance (A) de l'ouverture de sortie de l'alésage (11) qui permet au jet libre du milieu qui doit être soumis à l'évaporation, d'arriver sans obstacle, Jusqu'au corps d'impact (10), le rapport entre le diamètre intérieur de l'alésage (11) et la distance (A) variant de 0,2 à 3,0. 4- Evaporateur inversé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les parties allongées (9) ont une forme qui empêche, dans une large mesure, la subdivision de l'éventail de liquide qui sort du corps d'impact (10) c'est à dire de préférence un profil aérodynamique, - Evaporateur inversé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la pièce d'insertion (8) est dans l'alignement du bord supérieur de la plaque collectrice (3). 6- Evaporateur inversé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la hauteur totale du répartiteur de liquide constitué par la pièce d'insertion (8) et par le corps d'impact (10) a une valeur égale à 0,3 à 1,5 fois le diamètre intérieur du tube d'évaporateur (5) et en ce que la hauteur (B) de la pièce d'insertion (8) a une valeur égale à 0,5 à 1,5 fois l'épaisseur de la plaque collectrice (3). 7- Evaporateur inversé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'enceinte de répartition (1) est reliée à une enceinte réservée à la vapeur (6) par un tube d'équilibrage de la pression (7) qui, par son extrémité supérieure, dépasse le niveau du liquide dans l'enceinte de répartition (1).