Brevet FR3043566A1 — publié le 20170519

Système de purification d'un fluide, générateur de vapeur et installation de production d'énergie électrique La présente invention concerne un système de purification d'un fluide en phase gazeuse pour en retirer des particules non-gazeuses. De tels systèmes sont, par exemple, intégrés dans des générateurs de vapeur qui peuvent eux-mêmes être implantés dans des installations de production d'énergie électrique telles que, par exemple, des installations nucléaires. Il existe déjà dans l'état de la technique, différents systèmes permettant d'obtenir cette purification d'un fluide et en particulier, permettant de séparer les gouttelettes d'eau de la vapeur. On peut, par exemple, citer des systèmes de séparation gravitaire, centrifuge, cyclonique, chicanée ou par coalescence. Les systèmes de séparation gravitaire exploitent les seules forces de gravité pour séparer les phases. Ces systèmes présentent l'inconvénient de nécessiter un volume important réduisant la vitesse de l'écoulement et, en conséquence, les forces d'inertie. La séparation des particules fines est par ailleurs, de médiocre qualité. Les systèmes de séparation centrifuge et cyclonique exploitent essentiellement les forces d'inertie de l'écoulement et la différence de masse volumique des phases à séparer. La mise en rotation de l'écoulement plaque la phase la plus dense contre la paroi du système. De nombreuses géométries existent. Mais ils présentent l'inconvénient majeur de nécessiter une vitesse d'écoulement élevée avec pour conséquence, des pertes de charge importantes et un encombrement pouvant être important. Il existe également des séparateurs à ailettes qui exploitent les forces d'inertie, les forces gravitaires et les forces de mouillabilité de paroi. Le principe de base du fonctionnement de tels séparateurs consiste à disposer une batterie de plaques ondulées à axe horizontal. Les ondulations créent un écoulement sinusoïdal horizontal de la phase gazeuse, générant des forces centrifuges, les forces de mouillabilité de la paroi captent et retiennent alors les gouttelettes contre la paroi. Les forces de gravité permettent l'évacuation du film liquide vers la partie inférieure du système. 3043566 2 Mais de tels séparateurs ne fonctionnent correctement que pour des titres massiques élevés. Ils présentent également des pertes de charge élevées et un encombrement très important. Pour un exemple de réalisation d'un tel séparateur, on pourra se reporter au 5 document FR-A-2 598 800. Il existe également dans l'état de la technique les séparateurs par coalescence. Ceux-ci exploitent notamment les forces gravitaires et les forces de mouillabilité. Le principe de fonctionnement de tels systèmes consiste à disposer un tampon de fils tricotés sur le passage de l'écoulement diphasique axial vers le haut. 10 Les forces de mouillabilité font adhérer des gouttelettes aux fils, ces dernières coalescent progressivement et augmentent en volume puis tombent par gravité lorsqu'elles atteignent une certaine taille. Ce type de séparation ne fonctionne correctement que dans une plage de vitesses d'écoulement adaptée et voit ses performances se dégrader rapidement dès que la 15 vitesse du fluide est en dehors de la plage. Un tel système présente donc également des inconvénients liés à la qualité de séparation. De plus la perte de charge est significative et l'encombrement est important. On pourra trouver une description d'un tel système dans le brevet CA-2 384 755. 20 On conçoit alors que tous les systèmes proposés jusqu'à présent dans l'état de la technique, présentent des inconvénients au niveau de la qualité de la séparation, des pertes de charge engendrées, voire de leur encombrement important, qui se traduisent par des difficultés d'intégration de tels systèmes. Le but de l'invention est donc de résoudre ces problèmes. 25 A cet effet, l'invention a pour objet un système de purification d'un fluide en phase continue gazeuse pour en retirer des particules non-gazeuses, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un organe de séparation de phases présentant une section de forme générale en U inversé, dont la partie inférieure présente : au moins un conduit vertical d'entrée des gaz à purifier en direction 30 d'une surface d'impact de l'organe de séparation, au moins un conduit latéral d'évacuation des gaz purifiés, un canal périphérique interne de guidage des gaz en direction du conduit latéral d'évacuation, des moyens formant chicane d'entrée des gaz dans ce canal 35 périphérique interne, entre la surface d'impact et ce canal périphérique, et en ce que 3043566 3 les moyens formant chicane d'entrée des gaz dans ce canal périphérique interne et/ou ce canal périphérique présentent une section progressivement décroissante de la zone la plus éloignée du conduit d'évacuation en direction de ce conduit d'évacuation. 5 Suivant d'autres caractéristiques du système selon l'invention prises seules ou en combinaison : ledit canal périphérique interne est prévu contre la paroi externe de l'organe de séparation ; ledit organe de séparation de phases présente une forme générale 10 cylindrique ; ledit canal périphérique interne présente également une forme générale cylindrique ; ledit organe de séparation de phase présente une forme générale allongée ; 15 ledit canal périphérique interne présente également une forme générale allongée ; les moyens en forme de chicane comportent des moyens de purge; les moyens en forme de chicane comportent des pans inclinés en direction des moyens de purge. 20 Selon un autre aspect l'invention a également pour objet un générateur de vapeur, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un système tel que décrit précédemment. Selon un autre aspect encore l'invention a également pour objet une installation de production d'énergie électrique, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un générateur de vapeur tel que décrit précédemment. 25 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : - les figures 1 et 2 représentent deux vues différentes en perspective et en coupe d'un exemple de réalisation d'un système de purification selon l'invention, 30 - La figure 3 représente une vue schématique en coupe illustrant le fonctionnement d'un tel système de purification, et - les figures 4 et 5 représentent des vues en perspective et en coupe illustrant une variante de réalisation d'un tel système de purification. Comme cela a été indiqué précédemment, l'invention se rapporte à un système de 35 purification d'un fluide en phase continue gazeuse pour en retirer des particules non- gazeuses. 3043566 4 Un tel système peut par exemple être intégré dans un générateur de vapeur implanté par exemple dans une installation de production d'énergie électrique, telle qu'une installation nucléaire par exemple. On a illustré sur les figures 1, 2 et 3, un exemple de réalisation d'un tel système de 5 purification. Celui-ci est désigné par la référence générale 1 sur ces figures et il comporte au moins un organe de séparation de phases, désigné par la référence générale 2. Dans l'exemple illustré sur ces figures 1, 2 et 3, cet organe de séparation de phases présente une section de forme générale en U inversé. 10 La partie inférieure de cet organe de séparation de phases comporte au moins un conduit vertical d'entrée des gaz à purifier en direction d'une surface d'impact de l'organe de séparation. Ce conduit vertical d'entrée des gaz est désigné par la référence générale 3 sur ces figures. 15 La surface d'impact de l'organe de séparation 2 est, quant à elle, désignée par la référence générale 4. L'organe de séparation 2 comporte également au moins un conduit latéral d'évacuation des gaz purifiés. Sur ces figures, ce conduit latéral d'évacuation des gaz est désigné par la 20 référence générale 5. L'organe de séparation 2 comporte également un canal périphérique interne de guidage des gaz en direction de ce conduit latéral d'évacuation. Sur ces figures, ce canal périphérique interne est désigné par la référence générale 6 et il est prévu contre la paroi externe de l'organe de séparation 2. 25 Comme cela a été mentionné précédemment, l'organe de séparation de phases 2 peut présenter une forme générale cylindrique et dans ce cas, le canal périphérique interne 6 présente également lui aussi une forme générale cylindrique. L'organe de séparation 2 comporte également des moyens formant chicane d'entrée des gaz dans ce canal périphérique interne, ces moyens formant chicane étant 30 ménagés entre la surface d'impact 4 et le canal périphérique 6. Sur ces figures, ces moyens formant chicane sont désignés par la référence générale 7. Ils seront décrits plus en détail par la suite. Enfin, dans le système selon l'invention, ces moyens formant chicane d'entrée des 35 gaz 7 dans ce canal périphérique interne 6 et/ou ce canal périphérique 6, présentent une 3043566 5 section progressivement décroissante de la zone la plus éloignée du conduit d'évacuation 5 en direction de ce conduit d'évacuation. Dans l'exemple illustré sur ces figures, on a représenté un cas dans lequel ce sont les moyens formant chicane d'entrée des gaz 7 dans ce canal périphérique interne 6 qui 5 présentent une section progressivement décroissante. Ceci est visible plus clairement sur la figure 3. On reconnait en effet sur cette figure 3 et de façon générale, le système de purification désigné par la référence générale 1, l'organe de séparation de phases 2, le conduit vertical d'entrée des gaz à purifier 3, la zone d'impact 4, le conduit latéral 10 d'évacuation des gaz purifiés 5, le canal périphérique 6 et les moyens formant chicane 7. Il apparait clairement à la lumière de cette figure 3, que les moyens formant chicane 7 présentent en effet une section progressivement décroissante de la zone la plus éloignée du conduit d'évacuation 5 en direction de ce conduit d'évacuation. En fait, et dans l'exemple illustré, l'organe de séparation de phases 2 peut 15 comporter une pièce formant cloison interne, désignée par la référence générale 8, permettant de définir, d'une part, avec la paroi externe de l'organe de séparation 2, le canal périphérique d'évacuation des gaz 6 et d'autre part, avec une pièce en forme de virole désignée par la référence générale 9, et associée à l'organe de séparation 2, les moyens formant chicane d'entrée des gaz 7. 20 Dans l'exemple de réalisation illustré sur cette figure 3, on voit que la distance horizontale entre cette pièce en forme de virole 9 et la cloison 8 décroit de la partie la plus éloignée vers la partie la plus proche du conduit d'évacuation 5. De même, la distance verticale entre l'extrémité de la cloison 8 et cette pièce en forme de virole peut également décroître comme cela est illustré. 25 Enfin la section du canal périphérique 6 augmente en direction du conduit d'évacuation 5. On notera également en regard de cette figure 3, que les moyens formant chicane et par exemple la pièce en forme de virole, comportent des moyens de purge dont, par exemple, deux sont illustrés sur cette figure 3 et sont désignés par les références 30 générales 10 et 11. Ces moyens de purge sont par exemple ménagés dans la partie inférieure de la pièce en forme de virole 9, celle-ci comportant par exemple des pans inclinés désignés par les références générales 12 et 13, permettant de diriger l'eau issue de la séparation en direction de ces moyens de purge. 35 Bien entendu d'autres modes de réalisation peuvent être envisagés. 3043566 6 On conçoit alors que le fonctionnement d'un tel système de purification consiste à projeter la phase gazeuse à purifier dans le conduit vertical d'entrée des gaz 3, en direction et contre la surface d'impact 4 de celui-ci. Il se produit lors de cet impact une première séparation. 5 La phase gazeuse poursuit alors son chemin à travers les moyens en forme de chicane 7. La phase gazeuse est canalisée à travers le canal périphérique 6 où il est mis en rotation en direction du conduit d'évacuation des gaz purifiés 5. La deuxième phase de séparation se produit lors de cette mise en rotation dans le canal périphérique, par les moyens en forme de chicane d'entrée des gaz. Un tel système 10 combine alors les actions des séparateurs centrifuges et des séparateurs à ailettes tels que décrits précédemment. En effet, l'imbrication des tôles et la variation progressive des sections de passage radiale et orthoradiale engendrent un écoulement d'alimentation radial mettant en oeuvre des forces d'inertie et donc une séparation centrifuge et un écoulement collecteur 15 orthoradial mettant en oeuvre des forces de mouillabilité de la paroi de l'organe de séparation 2 et des forces de gravité. Les vitesses mises en oeuvre sont ajustées par les dimensions des moyens en forme de chicane pour obtenir une qualité de séparation améliorée, et tout en permettant un encombrement réduit et des pertes de charge faibles. 20 Il va de soi bien entendu que d'autres modes de réalisation peuvent être envisagés. Ainsi, par exemple, on a illustré sur les figures 4 et 5, un système de purification dans lequel l'organe de séparation de phases présente une forme générale allongée. Ceci se traduit aussi par le fait que le canal périphérique interne de guidage des 25 gaz présente également une forme générale allongée. Sur ces figures 4 et 5, le système de purification est désigné par la référence générale 20 et comporte un organe de séparation de phases désigné par la référence générale 21. Le conduit vertical d'entrée des gaz à purifier est désigné par la référence 30 générale 22 et la surface d'impact de l'organe de séparation est désignée par la référence générale 23. Le conduit latéral d'évacuation des gaz purifiés est désigné par la référence générale 24 et le canal périphérique interne de guidage des gaz en direction de ce conduit latéral d'évacuation est désigné par la référence générale 25. 35 Les moyens formant chicane sont désignés par la référence générale 26 et, comme dans l'exemple de réalisation précédent, les moyens formant chicane d'entrée 3043566 7 des gaz dans ce canal périphérique interne et/ou ce canal périphérique présentent une section progressivement décroissante de la zone la plus éloignée du conduit d'évacuation 24 en direction de ce conduit d'évacuation. Dans cet exemple de réalisation également on a illustré un cas dans lequel ce sont 5 les moyens formant chicane d'entrée des gaz qui présentent une section progressivement décroissante. Il va de soi bien entendu que d'autres modes de réalisation encore peuvent être envisagés. REVENDICATIONS1.- Système (1 ; 20) de purification d'un fluide en phase continue gazeuse pour en retirer des particules non-gazeuses caractérisé en ce qu'il comprend au moins un organe de séparation de phases (2 ; 21) présentant une section de forme générale en U inversé, dont la partie inférieure présente : au moins un conduit vertical d'entrée des gaz à purifier (3 ; 22) en direction d'une surface d'impact (4 ; 23) de l'organe de séparation, au moins un conduit latéral d'évacuation des gaz purifiés (5 ; 24), un canal périphérique interne de guidage des gaz (6 ; 25) en direction du conduit latéral d'évacuation (5 ; 24), des moyens formant chicane d'entrée des gaz (7 ; 26) dans ce canal périphérique interne (6 ; 25), entre la surface d'impact (4 ; 23) et ce canal périphérique (6 ; 25) , et en ce que les moyens formant chicane d'entrée des gaz (7 ; 26) dans ce canal périphérique interne et/ou ce canal périphérique (6 ; 25) présentent une section progressivement décroissante de la zone la plus éloignée du conduit d'évacuation en direction de ce conduit d'évacuation. 2.- Système de purification selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit canal périphérique interne (6 ; 25) est prévu contre la paroi externe de l'organe de séparation. 3.- Système de purification selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit organe de séparation de phases (2) présente une forme générale cylindrique. 4.- Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit canal périphérique interne (6) présente également une forme générale cylindrique. 5.- Système de purification selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit organe de séparation de phase (21) présente une forme générale allongée. 6.- Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit canal périphérique interne (25) présente également une forme générale allongée. 3043566 9 7.- Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens en forme de chicane (7) comportent des moyens de purge (10, 11). 8.- Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens en forme 5 de chicane (7) comportent des pans inclinés (12, 13) en direction des moyens de purge (10, 11). 9.- Générateur de vapeur, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un système selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10.- Installation de production d'énergie électrique, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un générateur de vapeur selon la revendication 9. 10