Brevet FR2673851A1 — publié le 19920918

La présente invention concerne les évaporateurs constitués par une enveloppe cylindrique, à section circulaire et à axe vertical, qui comporte, dans sa partie inférieure, un faisceau de tubes verticaux dont les extrémités sont fixées,de manière étanche dans des trous de deux plaques horizontales dont le bord est fixé de manière étanche à l'enveloppe pour former une première chambre munie d'une entrée de vapeur et dont la partie supérieure constitue une seconde chambre ou la vapeur produite est collectée et qui est munie d'une sortie, le fond de l'enveloppe et la plaque inférieure du faisceau formant une chambre d'admission et de répartition du liquide à concentrer. Dans les évaporateurs de ce type, le liquide à concentrer est admis dans les tubes par leur extrémité inférieure et circule de bas en haut dans ces derniers par suite de ltébullition qui s'y produit, grâce à la chaleur cédée par la vapeur admise dans la première chambre et se condensant sur la surface extérieure des tubes. Arrivé à l'extrémité supérieure des tubes, le liquide émulsionné par les bulles de vapeur produites déborde sur la plaque supérieure tandis que la vapeur s'en dégage et est collectée dans la seconde chambre.Pour diminuer la pression hydrostatique dans les tubes et, par conséquent, la pression et la température de la vapeur de chauffage, on s'est efforcé, dans les appareils connus, de réduire autant que possible la hauteur du liquide au-dessus de la plaque supérieure du faisceau de tubes en l'évacuant vers un puits central ou un collecteur annulaire dont le bord affleure la face supérieure de la plaque. La disposition d'un puits central à l'intérieur du faisceau oblige à augmenter le diamètre du faisceau et, par conséquent. de l'enveloppe pour conserver la même surface d'échange thermique ce qui conduit à augmenter le coût de l'appareil. Dans les appareils à collecteur annulaire connus, la partie supérieure de l'enveloppe a un diamètre nettement supérieur à celui de la partie inférieure et sa base entoure le haut de cette dernière pour délimiter le collecteur dont le fond est constitué par un anneau soudé sur les deux parties de l'enveloppe. Cette solution est aussi coûteuse que la précédente. Par ailleurs, les nécessités de la fabrication obligent à donner au collecteur un volume relativement important d'où résulte une augmentation du temps de rétention du liquide dans l'évaporateur qui peut avoir des inconvénients pour certaines applications notamment, en sucrerie, une augmentation de la coloration des Jus sucrés néfaste pour la fabrication du sucre. Le but de la présente invention est de conserver les avantages des appareils à collecteur annulaire sans avoir à augmenter le diamètre de l'enveloppe au-delà de la valeur minimale correspondant au diamètre du faisceau de tubes et de permettre la réduction du volume du collecteur à la valeur minimale nécessaire à la bonne marche des systèmes de régulation de niveau dont ces évaporateurs sont équipés. L'évaporateur objet de l'invention est caractérisé en ce que le collecteur annulaire est extérieur à l'enveloppe et communique avec l'espace intérieur de l'enveloppe situé juste au-dessus de la plaque supérieure du faisceau de tubes par des ouvertures percées dans l'enveloppe et éventuellement par des canaux reliant le collecteur aux dites ouvertures. Le collecteur pourra être constitué par un anneau à section en U, ouvert vers l'intérieur et dont les bords seront fixés, par exemple par soudage, sur l'enveloppe. Il pourra aussi être constitué par un anneau tubulaire relié à l'enveloppe par une pluralité de tubes. De préférence, le fond du collecteur sera situé au-dessous du plan de la face supérieure de la plaque supérieure du faisceau de tubes et, le cas échéant, les tubes seront inclinés vers le bas, de enveloppe vers le collecteur. La description qui suit se réfère aux dessins l'accompagnant qui montrent, à titre d'exemple non-limitatif, deux formes de réalisation de l'invention et sur lesquels La figure 1 est une vue en coupe verticale d'un évaporateur conforme à l'invention; et La figure 2 est une vue analogue à la figure 1 montrant une autre forme de réalisation. Les évaporateurs représentés sur les dessins sont constitués par une enveloppe cylindrique 10, à section circulaire et à axe vertical, fermée à ses deux extrémités par des fonds 12 et 14. Un faisceau de tubes verticaux 16 est placé à l'intérieur de l'enveloppe, dans sa partie inférieure; un seul de ces tubes a été représenté sur les dessins pour les rendre plus clairs. Les extrémités de ces tubes sont fixées, de manière étanche, dans des trous percés dans deux plaques horizontales 18 et 20 dont le bord est fixé de manière étanche à l'enveloppe de façon à former, avec celle-ci, une chambre 22 dans laquelle la vapeur de chauffage est admise par une entrée 24. La partie supérieure de l'enveloppe forme une chambre 26, appelée calandre, dans laquelle la vapeur produite est collectée. Cette chambre contient, dans sa partie supérieure, un séparateur 28 où la vapeur est débarrassée des gouttelettes qu'elle a entrainées, avant d'être évacuée par une sortie 30. Le liquide à concentrer est admis sous le faisceau de tubes, dans l'espace fermé ménagé entre la plaque 20 et le fond 1ê1 par une entrée 32 et un distributeur 34. L'alimentation du liquide est réglée de telle sorte que la hauteur hydrostatique du liquide dans les tubes soit suffisante pour permettre à l'émulsion liquide-vapeur produite par l'ébullition de s'élever jusqu'à l'extrémité supérieure des tubes. A ce niveau, la vapeur se dégage de l'émulsion, traverse la calandre 26 et, après avoir été débarrassée des gouttelettes de liquide, est évacuée par la sortie 30. Le liquide débordant des tubes 16 s'écoule sur la plaque 18, vers sa périphérie, est évacué à travers une série d'ouvertures 36 découpées dans l'enveloppe 10 et régulièrement réparties sur sa périphérie et est recueilli dans un collecteur 38 entourant l'enveloppe. Le bord inférieur des ouvertures 36 est situé au niveau du plan de la face supérieure de la plaque 18. Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 1, le collecteur est constitué par un anneau dont la section droite a la forme d'un U couché et dont l'ouverture est tournée vers l'axe de l'anneau; les bords de l'anneau sont fixes, par exemple par soudage, sur l'enveloppe 10. Le fond du collecteur est situé nettement au-dessous du plan de la face supérieure de la plaque 18 et le niveau du liquide dans le collecteur est maintenu, par un régulateur, au-dessous de ce plan. Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 2, le collecteur est constitué par un anneau tubulaire qui est relié à l'enveloppe 10 par une série de tubes 40 inclinés vers le bas, de l'enveloppe vers le collecteur, et raccordés au bord des ouvertures 36. D'autres formes de réalisation du collecteur pourraient évidemment être utilisées. sans sortir du cadre de l'invention. L'invention permet de limiter le volume du collecteur au strict minimum nécessaire à la bonne marche du système de régulation de niveau équipant l'évaporateur et, par conséquent, de réduire ce volume en bénéficiant de l'amélioration des performances de ces systèmes obtenues ces dernières années et éventuellement des améliorations futures. En sucrerie, où les temps de rétention relativement importants des évaporateurs classiques sont responsables de prises de coloration des jus, surtout dans les derniers effets ou les sirops sont concentrés et les débits plus faibles, l'invention permettra d'ajuster le volume du collecteur au débit de l'appareil et, par conséquent, de réduire dans tous les cas le temps de rétention à une valeur minimale. REVENDICATIONS 1. Evaporateur constitué par une enveloppe cylindrique, à axe vertical, comportant, dans sa partie inférieure, un faisceau de tubes verticaux dont les extrémités sont fixées de manière étanche dans des trous de deux plaques horizontales dont le bord est fixé de manière étanche à l'enveloppe pour former une première chambre munie d'une entrée de vapeur et des moyens pour admettre un liquide à concentrer sous la plaque inférieure du faisceau de tube et, au-dessus de la plaque supérieure du faisceau, au moins une ouverture pour l'évacuation du liquide concentré, la partie supérieure de l'enveloppe formant une seconde chambre munie d'une sortie pour la vapeur produite, caractérisé en ce qu'il comporte un collecteur annulaire (38) extérieur à l'enveloppe (10) et communiquant avec l'intérieur de l'enveloppe par une pluralité d'ouvertures (36) découpées dans l'enveloppe. 2. Evaporateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bord inférieur desdites ouvertures (36) est situé approximativement au même niveau que la face supérieure de la plaque supérieure (18) du faisceau de tubes (16). 3. Evaporateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le fond dudit collecteur (38) est situé à un niveau inférieur à celui de la face supérieure de la plaque supérieure (18) du faisceau de tubes. 4. Evaporateur selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le collecteur (38) est constitué par un anneau à section en U, ouvert vers l'intérieur et dont les bords sont fixés de manière étanche sur l'enveloppe (10). 5. Evaporateur selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le collecteur (38) est constitué par un anneau tubulaire relié à l'enveloppe par des tubes (40) inclinés vers le bas, de l'enveloppe vers le collecteur.