Brevet FR3063912A1 — publié le 20180921

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. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un tel système de purification d'un fluide d'une première phase par exemple gazeuse pour en retirer des particules d'une deuxième phase par exemple non-gazeuse. 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 25 du système. De nombreuses géométries existent. Mais ces systèmes 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. 30 Il existe également dans l'état de la technique, 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. 3063912 2 Les ondulations créent un écoulement sinusoïdal horizontal de la phase gazeuse, générant des forces centrifuges, et 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 5 inférieure du système. 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. 10 Pour un exemple de réalisation d'un tel séparateur, on pourra se reporter au 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 15 fils tricotés sur le passage de l'écoulement diphasique axial vers le haut. 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 20 d'écoulement adaptée et voit ses performances se dégrader rapidement dès que la 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 par exemple dans le brevet CA-2 384 755. 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. A cet effet, l'invention a pour objet un système de purification d'un fluide d'une première phase pour en retirer des particules d'une deuxième phase, comportant au moins un organe de séparation comprenant au moins une conduite de passage de fluide, caractérisé en ce que la conduite est enroulée en hélice de sorte à imposer une mise en 3063912 3 rotation du fluide pour plaquer les particules contre les parois de la conduite et les séparer du reste du fluide. Suivant d'autres caractéristiques du système selon l'invention, prises seules ou en combinaison : 5 - la section de ladite conduite est choisie parmi une section de forme polygonale, circulaire ou ovoïdale ; le diamètre et /ou le pas de l'hélice de ladite conduite est variable le long de l'organe de séparation ; - un revêtement hydrophile recouvre les parois de ladite conduite ; 10 l'organe de séparation comporte des moyens de purge des particules ; les moyens de purge comprennent des ouïes de collecte ménagées dans les parois de la conduite et des canalisations d'évacuation de ces particules ; l'organe de séparation comprend une pluralité de conduites associées ; 15 les extrémités des conduites sont associées à des collecteurs d'extrémité. Selon un autre aspect, l'invention a également pour objet un générateur de vapeur notamment pour une installation de production d'énergie électrique. Enfin elle a également pour objet une telle installation. 20 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 : - la figure 1 représente une vue en perspective illustrant un exemple de réalisation d'une portion d'un système de purification selon l'invention, 25 - la figure 2 représente une vue en bout d'extrémité illustrant les sections de conduites entrant dans la constitution d'un tel système, - la figure 3 représente une vue en perspective d'une variante de réalisation d'un système de purification selon l'invention et, - la figure 4 représente une vue en bout d'extrémité illustrant les sections de 30 conduites entrant dans la constitution d'un tel système. On a en effet illustré sur ces figures, et en particulier sur les figures 1 et 2, un système de purification d'un fluide d'une première phase pour en retirer des particules d'une deuxième phase. Plus particulièrement le fluide de la première phase peut être un fluide gazeux et 35 les particules de la deuxième phase peuvent être des particules non gazeuses. 3063912 4 Un tel système est désigné par la référence générale 1 sur ces figures 1 et 2. De façon classique, un tel système comporte au moins un organe de séparation de phases comprenant au moins une conduite de passage de fluide. Sur ces figures, l'une de ces conduites est désignée par la référence générale 2. 5 Comme cela est illustré, cette conduite ou ces conduites du système sont enroulées en hélice, de sorte à imposer une mise en rotation du fluide pour plaquer les particules contre les parois de la ou des conduites et les séparer du reste du fluide. Dans l'exemple de réalisation illustré sur les figures 1 et 2, les conduites présentent une section de forme circulaire. 10 Bien entendu, et comme cela sera décrit plus en détail par la suite, d'autres sections peuvent être envisagées, telles que par exemple des sections polygonales ou ovoïdales, etc. On notera également que le diamètre et/ou le pas de l'hélice de la ou des conduites, peuvent être variables lors de l'organe de séparation. 15 Dans l'exemple de réalisation illustré sur ces figures 1 et 2, six conduites respectivement 2, 3, 4, 5, 6 et 7 sont associées les unes aux autres. Ces conduites 2, 3, 4, 5, 6 et 7 sont donc disposées en hélice et sont imbriquées les unes dans les autres entre des collecteurs d'extrémités, tels que par exemple le collecteur désigné par la référence générale 8 sur cette figure 1. 20 Bien entendu, différents perfectionnements peuvent être apportés à ces conduites et par exemple, un revêtement hydrophile peut être placé sur les parois internes des conduites pour recouvrir celles-ci et optimiser encore la séparation. Comme cela a été indiqué précédemment, différentes formes et différentes sections de conduites peuvent être envisagées comme cela est illustré sur les figures 3 et 25 4. Ainsi par exemple, sur ces figures 3 et 4, on a illustré un système de purification désigné par la référence générale 11, qui comporte toujours des conduites, dont l'une est désignée par la référence générale 12. Dans l'exemple de réalisation illustré sur ces figures 3 et 4, quatre conduites sont 30 associées les unes aux autres et sont donc disposées en hélice et sont imbriquées les unes dans les autres. Dans l'exemple illustré, ces conduites présentent une section polygonale, telle que par exemple une section carrée. Ceci est visible en particulier sur la figure 4, où l'on voit que la conduite 12 35 présente une section carrée. 3063912 5 De plus on voit plus clairement sur cette figure, que les coins de la conduite sont munis de moyens de purge et donc d'évacuation des particules. D'une façon générale, ces moyens de purge peuvent comporter par exemple des ouïes de collecte ou encore des canalisations et des goulottes de récupération. 5 C'est l'exemple qui est illustré sur ces figures 3 et 4, dans lesquelles les conduites comportent des goulottes dont l'une est désignée par la référence générale 13. Il va de ce soi, bien entendu, que d'autres modes de réalisation encore peuvent être envisagés. Un tel système peut alors être intégré dans un générateur de vapeur notamment 10 pour une installation de production d'énergie électrique, REVENDICATIONS1.- Système de purification (1; 11) d'un fluide d'une première phase pour en retirer des particules d'une deuxième phase, comportant au moins un organe de séparation comprenant au moins une conduite (2; 12) de passage de fluide, caractérisé en ce que la conduite (2; 12) est enroulée en hélice de sorte à imposer une mise en rotation du fluide pour plaquer les particules contre les parois de la conduite (2; 12) et les séparer du reste du fluide. 2.- Système de purification selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section de ladite conduite (2; 12) est choisie parmi une section de forme polygonale, circulaire ou ovoïdale. 3.- Système de purification selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le diamètre et /ou le pas de l'hélice de ladite conduite (2; 12) est variable le long de l'organe de séparation. 4.- Système de purification selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un revêtement hydrophile recouvre les parois de ladite conduite (2; 12). 5.- Système de purification selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe de séparation comporte des moyens de purge (13) des particules. 6.- Système de purification selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de purge comprennent des ouïes de collecte ménagées dans les parois de la conduite et des canalisations d'évacuation de ces particules. 7.- Système de purification selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe de séparation comprend une pluralité de conduites (2, 3, 4, 5, 6, 7) associées. 8.- Système de purification selon la revendication 7, caractérisé en ce que les extrémités des conduites (2, 3, 4, 5, 6, 7) sont associées à des collecteurs d'extrémité (8). 3063912 7 9.- Générateur de vapeur notamment pour une installation de production d'énergie électrique, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un système de purification 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.