Brevet FR3063020A1 — publié le 20180824

DESCRIPTION La présente invention se rapporte à un évaporateur équipé d'un répartiteur de liquide. Un évaporateur équipé d'un répartiteur de liquide est connu, par exemple, d'après G. Kolb et al., Green Process Synth., 2014, 3 : 80-84. 5 Le répartiteur connu est conçu pour un évaporateur, lequel évaporateur comprend une multiplicité de platines disposées à plat les unes au-dessus des autres, un espace vide étant respectivement réservé entre des platines voisines. Ledit répartiteur connu inclut un conduit d'amenée dévolu à l'admission d'un liquide, et une cavité en liaison fluidique avec ledit 10 conduit d'amenée, ladite cavité étant raccordée à une multiplicité des espaces vides. Un autre évaporateur, doté d'un répartiteur de liquide, est connu d'après M. O'Connel et al., 4th World Hydrogen Technologies Convention, 2011, Glasgow, Royaume-Uni. L'évaporateur connu est 15 notamment utilisé pour la vaporisation de carburants tels que le méthanol, l'éthanol, le gaz de pétrole liquéfié ou le carburant Diesel. Le carburant est délivré, dans ce cas, par l'intermédiaire du conduit d'amenée. Une cavité est ménagée à l'extrémité dudit conduit. Cette cavité présente une section transversale supérieure à celle dudit conduit d'amenée, en vue de répartir le 20 liquide sur toutes les platines de l'évaporateur. Les platines individuelles du répartiteur sont pourvues d'un microprofilage revêtant, par exemple, la forme de rainures. Un inconvénient, affectant les répartiteurs de liquide connus, consiste en ce que les platines individuelles sont irrégulièrement chargées 25 par le liquide, notamment par le carburant. De ce fait, il ne peut pas être pleinement tiré profit de la capacité de l'évaporateur. En particulier, une proportion trop faible du liquide est transférée à la phase vapeur. Le chargement non uniforme provoque une vaporisation non uniforme et se traduit par une répartition de température non uniforme dans l'évaporateur. 30 Cela rend plus difficile une régulation de la température, dans ledit évaporateur, si bien qu'une température de sortie des gaz, quittant ce dernier, est notamment trop élevée. De par le document DE 100 39 592 Al, l'on connaît un dispositif dévolu à la délivrance d'agents réactifs à des chambres parallèles 3063020 - 2 - séparées les unes des autres, et doté d'une unité répartitrice, des moyens de sortie de ladite unité étant associés auxdites chambres et des structures évaporatrices, affectées à la vaporisation de fluides liquides, étant prévues dans lesdites chambres, sachant qu'un moyen de sortie de ladite unité répartitrice pénètre à chaque fois dans une chambre, et que le point d'ébullition du fluide, dans ladite unité, se situe au-delà de la température dudit fluide régnant dans ladite unité. La présente invention a pour objet d'éliminer les inconvénients de l'art antérieur. Il convient, en particulier, de fournir une structure 10 répartitrice autorisant une pression de liquide uniforme sur la hauteur d'un évaporateur. Conformément à l'invention, il est proposé un évaporateur comprenant un corps entouré d'un carter, ledit carter étant pourvu d'un conduit d'amenée dévolu à l'admission d'un liquide dans ledit carter, et 15 d'une sortie dévolue à la décharge d'une vapeur engendrée, le corps dudit évaporateur incluant une multiplicité de platines disposées à plat les unes au-dessus des autres, au moins un espace vide respectif étant réservé entre des platines voisines, chacun des espaces vides étant en liaison fluidique avec ladite sortie, évaporateur caractérisé en ce qu'un répartiteur de liquide 20 est interposé entre le conduit d'amenée et ledit corps, lequel répartiteur de liquide se ramifie en au moins deux conduits répartiteurs à partir dudit conduit d'amenée, en direction dudit corps, en ce que chaque conduit répartiteur est raccordé à au moins un espace vide, et en ce qu'une aire de section transversale du conduit d'amenée correspond, pour l'essentiel, à la 25 somme des aires de section transversale des conduits répartiteurs. Suite au renoncement à une unique cavité de grand volume, le liquide peut désormais, grâce à l'utilisation du répartiteur proposé, être adéquatement délivré à des régions partielles du corps de l'évaporateur. Ledit liquide peut par exemple, en particulier, être adéquatement délivré à 30 une partie supérieure des platines et à une partie inférieure desdites platines. L'évaporateur, dans lequel les platines sont superposées parallèlement, peut être mis en action avec orientation tant horizontale que différant de cette dernière, par exemple inclinée, voire même verticale. Globalement, ledit évaporateur peut être exploité suivant n'importe quelle orientation par 35 rapport à la gravité ou à la somme des forces. Une aire de section transversale du conduit d'amenée correspond alors, pour l'essentiel, à la somme des aires de section 3063020 - 3 - transversale des conduits répartiteurs. Des variations de la vitesse d'écoulement du liquide s'en trouvent ainsi réduites. Une perte de pression, entre une extrémité du conduit d'amenée tournée vers le corps de l'évaporateur, et une extrémité de chaque conduit 5 répartiteur tournée vers ledit corps, est substantiellement égale de manière avantageuse. Le liquide peut ainsi être délivré à l'espace/aux espaces vide(s), à partir de chaque conduit répartiteur, avec une pression pour l'essentiel identique. Un chargement plus uniforme du corps de l'évaporateur peut être obtenu en conséquence. Une perte de pression égale, régnant à l'intérieur des conduits répartiteurs, est conférée par un volume identique de la conduite d'arrivée considérée. Les conduits répartiteurs présentent, de manière adéquate, une longueur substantiellement identique et une section transversale identique. Suite à une perte de pression égale, le liquide est délivré aux espaces vides, dans le corps de l'évaporateur, avec une vitesse substantiellement identique. Une structure de répartition préalable est avantageusement interposée entre le conduit d'amenée et les conduits répartiteurs, structure dans laquelle ledit conduit d'amenée présente une subdivision, de type arborescence, en une multiplicité de conduits terminaux d'amenée, chacun desdits conduits terminaux d'amenée se scindant en au moins deux conduits répartiteurs. Une ramification multiple desdits conduits d'amenée est notamment avantageuse en présence d'évaporateurs de très fort dimensionnement, de telle sorte qu'une répartition uniforme du liquide soit garantie dans chaque ramification. Dans un autre agencement structurel conforme à l'invention, chaque conduit répartiteur débouche dans une cavité, laquelle cavité est raccordée à une multiplicité des espaces vides. Ladite cavité présente une section transversale supérieure à celle du conduit répartiteur qui y est raccordé. L'on compte commodément n cavités, n étant un nombre naturel, sachant que chacune desdites cavités est respectivement raccordée à environ lin du nombre total des espaces vides. Lorsque, par exemple, n = 4, chaque cavité est raccordée à 1/4 desdits espaces vides. Dans un autre agencement structurel conforme à l'invention, les conduits répartiteurs s'étendent dans un plan perpendiculaire au conduit d'amenée et débouchent, dans les cavités, perpendiculairement à la direction de l'étendue. L'étendue desdits conduits dans un plan perpendiculaire autorise une adaptation de la longueur des conduits 3063020 - 4 - répartiteurs, gagnant respectivement les cavités, de façon telle que la même perte de pression s'y instaure à chaque fois. Ledit agencement permet, de surcroît, de réduire la taille du répartiteur de liquide. Les platines peuvent être pourvues d'éléments directeurs 5 d'écoulement. De tels éléments peuvent se présenter comme des motifs façonnés en creux dans les platines, par exemple par microprofilage de la surface. Des procédés additifs ou soustractifs connus tels qu'un clivage ou un décapage à l'acide, mais également des procédés de formage tels qu'un matriçage ou un laminage, peuvent être mis en oeuvre pour produire le 10 microprofilage. Toutes les platines sont commodément dotées de microprofilages identiques. Il peut alors s'agir de canaux, de motifs à chevrons, et configurations similaires. Le microprofilage des platines peut être ménagé, en creux, sur une face ou sur les deux faces d'une platine. Dans un autre agencement structurel conforme à l'invention, 15 des canaux de réalisation monobloc sont pratiqués dans les platines, sachant que des platines voisines viennent directement en butée mutuelle dans des zones situées entre lesdits canaux, donnant ainsi naissance, entre deux platines voisines, à une multiplicité d'espaces vides en liaison fluidique avec le conduit d'amenée et avec la sortie. Le fait de prévoir lesdits canaux 20 a pour résultat d'accroître une surface de contact entre le liquide et les platines. Ledit liquide ou, respectivement, la vapeur engendrée peut ainsi être amené(e) et maintenu(e) à une température souhaitée, de façon rapide et avec de faibles écarts. Lesdits canaux peuvent, en particulier, être des canaux parallèles s'étendant le long desdites platines. 25 Une tôle obturatrice est judicieusement interposée entre les cavités et, respectivement, les espaces vides ou canaux. Une tôle de ce type sert additionnellement à la répartition uniforme du liquide. Ladite tôle est notamment percée d'ouvertures adaptées auxdits espaces vides, en particulier auxdits canaux séparant les platines. 30 Dans un exemple d'application, le répartiteur de liquide est utilisé pour la vaporisation d'un mélange de propylène glycol et d'eau, destiné à des reformeurs microprofilés dans un système de piles à combustible. Pour produire de l'hydrogène à partir d'un mélange de propylène glycol et d'eau, le propylène glycol doit tout d'abord être amené 35 à la phase vapeur. En vue d'accroître l'efficacité dudit système de piles à combustible, il est judicieux d'amener la totalité dudit mélange à la phase vapeur, puis de le tenir à disposition dans le réacteur successif, avec une 3063020 - 5 - température prévue. Ledit mélange est délivré par l'intermédiaire du conduit d'amenée. Dans le répartiteur de liquide conforme à l'invention, ledit mélange est distribué sur les différents conduits répartiteurs, de telle manière que ledit mélange soit délivré à chaque cavité avec une pression 5 identique. Chacune desdites cavités redistribue ledit mélange aux espaces vides qui y sont raccordés dans le corps de l'évaporateur. Celui-ci se présente adéquatement comme un évaporateur à platines dont les platines sont microprofilées, si bien que le liquide est délivré à une multiplicité de conduits supplémentaires ou de rainures, sur chacune des platines, avec une 10 pression constante. En particulier, lesdites platines offrent toutes le même profilage et sont espacées de distances égales. En conséquence, tous les espaces vides sont uniformément chargés du mélange de propylène glycol et d'eau, et permettent une vaporisation uniforme dudit mélange. Il se forme, pour l'essentiel, un front de vaporisation plan. De la sorte, il est 15 relativement simple de réguler la température de l'évaporateur et, par conséquent, la température dudit mélange de propylène glycol et d'eau muté à la phase gazeuse. Les gaz ainsi engendrés peuvent être introduits dans ledit réacteur successif. L'invention va à présent être décrite plus en détail, à titre 20 d'exemples nullement limitatifs, en regard des dessins annexés sur lesquels : la figure 1 illustre un répartiteur de liquide de fort gabarit, associé à un évaporateur à platines conforme à l'art antérieur ; la figure 2 montre un répartiteur de liquide destiné à un 25 évaporateur conforme à l'invention ; la figure 3 est une vue en éclaté d'un répartiteur de liquide conforme à l'invention ; la figure 4a est une coupe transversale de platines intégrées dans le corps de l'évaporateur ; et 30 la figure 4b représente un autre agencement structurel, par une coupe transversale passant par des platines intégrées dans ledit corps de l' évaporateur. La figure 1 illustre un répartiteur de liquide F de fort gabarit, dévolu à un évaporateur à platines comprenant un carter 5 et une sortie 6, 35 conformément à l'art antérieur. Un conduit d'amenée 1 s'évase en une cavité 2 de grand volume matérialisant ledit répartiteur F. Ladite cavité 2 est raccordée à un corps 3 de l'évaporateur, comportant une multiplicité de 3063020 - 6 - platines 7 disposées à plat les unes au-dessus des autres. Chacune desdites platines 7 est typiquement pourvue d'un microprofilage revêtant, par exemple, la forme de canaux s'étendant depuis ladite cavité 2 jusqu'à ladite sortie de l'évaporateur. Pour faire fonctionner l'évaporateur conforme à 5 l'art antérieur, il est nécessaire que la cavité 2 soit intégralement emplie de liquide, afin de prévenir une marche à vide d'espaces vides individuels 8 inclus dans ledit évaporateur. Le répartiteur connu n'offre pas la possibilité de réguler une pression de liquide dans la zone de transition individuelle entre ladite cavité et lesdits espaces vides. 10 La figure 2 montre un répartiteur de liquide conforme à l'invention. Le liquide est introduit par l'intermédiaire du conduit d'amenée 1. Ledit conduit 1 se scinde en quatre conduits répartiteurs VR dans cet exemple de réalisation. Ces conduits sont désignés, du premier au quatrième conduit, par les références VR1 à VR4. Chacun desdits conduits 15 VR1 à VR4 est raccordé à une cavité VK (VK1-VK4) respective. Les cavités VK1 à VK4 sont agencées en superposition, de telle sorte que chacune desdites cavités VK1 à VK4 soit reliée, respectivement, à une partie des espaces vides 8 réservés entre les platines 7 du corps 3 de l'évaporateur. Une conduite d'arrivée, constituée par exemple du conduit 20 d'amenée 1, du premier conduit répartiteur VR1 et de la première cavité VK1, accuse commodément une perte de pression égale. Une perte de pression égale est obtenue par des longueurs et des sections transversales substantiellement identiques des conduits VR1 à VR4, ainsi que par un volume identique des cavités VK1 à VK4. L'ajout d'une tôle obturatrice 25 B 1, entre lesdites cavités VK1 à VK4 et ledit corps 3, sert à adapter la section transversale desdites cavités VK aux entrées desdits espaces vides 8 séparant lesdites platines 7 et se présentant, en particulier, comme des canaux K. Des conduits terminaux d'amenée (non illustrés) peuvent encore être interposés entre lesdits conduits VR et lesdites cavités VK. 30 La figure 3 est une vue en éclaté d'un répartiteur de liquide conforme à l'invention. Dans l'exemple de réalisation illustré, le conduit d'amenée 1 se scinde en quatre conduits répartiteurs VR. Les premier et quatrième conduits, VR1 et VR4, mènent respectivement aux première et quatrième cavités VK1 et VK4 occupant des emplacements extérieurs. Les 35 deuxième et troisième conduits, VR2 et VR3, s'étendent dans le même plan. Cependant, lesdits deuxième et troisième conduits VR2 et VR3 sont conçus de façon telle qu'ils mènent aux deuxième et troisième cavités VK2 3063020 - 7 - et VK3 occupant des emplacements intérieurs. La forme de réalisation recourbée des deuxième et troisième conduits VR2 et VR3 permet d'obtenir une longueur identique à celles des premier et quatrième conduits VR1 et VR4. Chacun des conduits VR1 à VR4 débouche, dans les cavités VK1 à 5 VK4, perpendiculairement à la direction de l'étendue desdits conduits VR1 à VR4. Lesdites cavités VK1 à VK4 ont une forme et une taille identiques. Une tôle obturatrice B 1, implantée au-dessus de chacune desdites cavités VK1 à VK4, comporte un évidement rectangulaire dédié à chaque cavité VK1 à VK4. 10 Un répartiteur de liquide de ce type est disposé de telle sorte que, par exemple, la première cavité VK1 soit raccordée à une première partie inférieure des platines 7, et des espaces vides 8 intercalaires. Une deuxième cavité VK2 est reliée à la région immédiatement successive, dans l'empilement de platines ; une troisième cavité VK3 est reliée à la région 15 sus-jacente consécutive, dans ledit empilement de platines ; et, pour finir, la quatrième cavité VK4 est reliée à la région supérieure extrême dudit empilement de platines du corps 3 de l'évaporateur. Bien que la subdivision en quatre cavités VK1 à VK4 soit représentée dans cet exemple de réalisation, un nombre inférieur ou supérieur de cavités VK, de conduites 20 d'arrivée associées et, le cas échéant, de conduits terminaux d'amenée intercalaires, est possible en fonction de la hauteur de l'évaporateur et du nombre corrélatif de platines 7. La figure 4a est une coupe transversale passant par les platines 7 intégrées dans le corps de l'évaporateur. Deux platines 7 sont illustrées 25 fragmentairement. Lesdites platines 7 comportent un microprofilage revêtant la forme de rainures. Ces rainures peuvent être pratiquées dans les faces supérieure et inférieure desdites platines, comme dans le cas représenté, et donner naissance à des canaux K. Les zones protubérantes desdites platines 7 sont mutuellement en butée, de telle manière que les 30 espaces vides 8 soient formés par lesdites rainures. Alors même que cette coupe transversale ne montre que deux platines 7, à titre d'exemple, une multiplicité de platines 7 à profilages identiques est intégrée dans un corps d'évaporateur. La figure 4b illustre une variante d'agencement structurel dans laquelle seule une face des platines 7 offre un microprofilage se 35 présentant comme des rainures, et donne naissance à des canaux K. Les éléments, parties, pièces et composants suivants de l'invention sont référencés comme suit sur les figures : 3063020 - 8 - 1 : conduit d'amenée de liquide 2 : cavité de grand volume 3 : corps de l'évaporateur 5 : carter de l'évaporateur 5 6 : sortie de l'évaporateur 7 : platines du corps de l'évaporateur 8 : espaces vides entre les platines B1 : tôle obturatrice F : répartiteur de liquide 10 K : canaux entre les platines VK : cavités VK1 : première cavité VK2 : deuxième cavité VK3 : troisième cavité 15 VK4 : quatrième cavité VR : conduits répartiteurs VR1 : premier conduit répartiteur VR2 : deuxième conduit répartiteur VR3 : troisième conduit répartiteur 20 VR4 : quatrième conduit répartiteur Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour 25 autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS1. Evaporateur comprenant un corps (3) entouré d'un carter (5), ledit carter (5) étant pourvu d'un conduit d'amenée (1) dévolu à l'admission d'un liquide dans ledit carter (5), et d'une sortie (6) dévolue à la décharge d'une vapeur engendrée, le corps (3) dudit évaporateur incluant une multiplicité de platines (7) disposées à plat les unes au-dessus des autres, au moins un espace vide respectif (8) étant réservé entre des platines (7) voisines, chacun des espaces vides (8) étant en liaison fluidique avec ladite sortie, évaporateur caractérisé en ce qu'un répartiteur de liquide (F) est interposé entre le conduit d'amenée (1) et ledit corps (3), lequel répartiteur de liquide se ramifie en au moins deux conduits répartiteurs (VR) à partir dudit conduit d'amenée (1), en direction dudit corps (3), en ce que chaque conduit répartiteur (VR) est raccordé à au moins un espace vide (8), et en ce qu'une aire de section transversale du conduit d'amenée (1) correspond, pour l'essentiel, à la somme des aires de section transversale des conduits répartiteurs (VR). 2. Evaporateur selon la revendication précédente, caractérisé par le fait qu'une perte de pression, entre une extrémité du conduit d'amenée (1) tournée vers le corps (3) dudit évaporateur, et une extrémité de chaque conduit répartiteur (VR) tournée vers ledit corps (3) de l'évaporateur, est substantiellement égale. 3. Evaporateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les conduits répartiteurs (VR) présentent une longueur substantiellement identique, et une section transversale identique. 4. Evaporateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par l'interposition, entre le conduit d'amenée (1) et les conduits répartiteurs (VR), d'une structure de répartition préalable dans laquelle ledit conduit d'amenée (1) présente une subdivision, de type arborescence, en une multiplicité de conduits terminaux d'amenée, chacun desdits conduits terminaux d'amenée se scindant en au moins deux conduits répartiteurs (VR). 5. Evaporateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que chaque conduit répartiteur (VR) 3063020 - 10 - débouche dans une cavité (VK), ladite cavité (VK) étant raccordée à une multiplicité des espaces vides (8). 6. Evaporateur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les conduits répartiteurs (VR) s'étendent dans un plan perpendiculaire 5 au conduit d'amenée (1) et débouchent, dans les cavités (VK), perpendiculairement à la direction de l'étendue. 7. Evaporateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les platines (7) sont pourvues d'éléments directeurs d'écoulement. 10 8. Evaporateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que des canaux (K) de réalisation monobloc sont pratiqués dans les platines (7), sachant que des platines (7) voisines viennent directement en butée mutuelle dans des zones situées entre lesdits canaux (K), donnant ainsi naissance, entre deux platines (7) 15 voisines, à une multiplicité d'espaces vides (8) en liaison fluidique avec le conduit d'amenée (1) et avec la sortie (6). 9. Evaporateur selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les canaux (K) s'étendent parallèlement. 10. Evaporateur selon l'une quelconque des revendications 5 ou 20 6 et 8 ou 9, caractérisé par le fait qu'une tôle obturatrice (B1) est interposée entre les cavités (VK) et les canaux (K).