Brevet FR3097309A1 — publié le 20201218

Description Titre de l'invention : Condenseur d'un fluide de travail pour une centrale ETM [0001] La présente invention concerne un condenseur d'un fluide de travail pour une centrale ETM. [0002] De manière connue en soi, une centrale ETM (pour Énergie Thermique des Mers) utilise la différence de températures entre les eaux superficielles et les eaux profondes des océans pour produire de l'électricité. [0003] Généralement, une telle centrale ETM comprend un évaporateur dans lequel un fluide dc travail est évaporé par les eaux chaudes de la surface pour faire tourner une turbine, et un condenseur dans lequel ce fluide de travail est ensuite condensé par les eaux froides du fond marin. [0004] L'évaporateur d'une centrale ETM présente généralement une forme allongée à travers laquelle s'étend un faisceau des évaporateurs faisant circuler des eaux chaudes. Un système d'aspersion composé de tuyaux et de buses montées sur les tuyaux, est prévu tout au long de ce faisceau afin d'asperger sur celui-ci le fluide de travail en état liquide. Afin d'assurer un débit global constant, le débit des buses est adapté en fonction dc leur position par rapport au faisceau. [0005] De manière analogue, le condenseur présente une forme allongée à travers laquelle s'étend un faisceau des tuyaux dc refroidissement faisant circuler des eaux froides. Un dispositif d'alimentation est prévu au-dessus du faisceau des tuyaux élémentaires pour délivrer le fluide de travail en état gazeux. Ainsi, cc fluide est ensuite condensé sur le faisceau des tuyaux dc refroidissement et est récupéré par un système dc récupération situé au-dessous de ce faisceau. [0006] Ce type de condenseur généralement utilisé dans l'état de la technique n'est, toutefois pas complétement satisfaisant. [0007] En effet, le condensat qui se forme sur l'un des tuyaux de refroidissement du faisceau ruisselle ensuite sur le tuyau situé juste au-dessous dc celui-ci. Ainsi, le débit du condensat augmente au fur et à mesure dc l'approche de la partie inférieure du condenseur. [0008] Ce phénomène va à l'encontre de l'efficacité du condenseur car l'épaisseur du film du condensat formé sur les tuyaux présente une résistance thermique qui ralentit le transfert thermique. Ce phénomène devient difficilement acceptable quand le nombre de tuyaux superposés est important comme c'est le cas dans l'application de la centrale ETM. [0009] La présente invention a pour but d'améliorer l'efficacité d'un condenseur d'une 2 centrale ETM en améliorant les transferts thermiques à l'intérieur de celui-ci. [0010] À cet effet, l'invention a pour objet un condenseur un condenseur d'un fluide pour une centrale ETM, comprenant : [0011] - un corps de condenseur de forme allongée s'étendant suivant un axe principal et dé- finissant une partie supérieure au-dessus de l'axe principal, une partie inférieure au-dessous de l'axe principal, un plan vertical s'étendant entre la partie supérieure et la partie inférieure en passant par l'axe central et deux parois latérales s'étendant de chaque côté du plan vertical entre la partie supérieure et la partie inférieure ; [0012] - un faisceau dc tuyaux de refroidissement s'étendant à l'intérieur du corps dc condenseur selon l'axe principal, les tuyaux de refroidissement formant une pluralité de rangées de tuyaux s'étendant suivant des axes, dits axes de rangée, à partir du plan vertical vers l'une des parois latérales, les axes de rangée s'étendant d'un même côté du plan vertical étant parallèles entre eux ; [0013] - un dispositif d'alimentation disposé dans la partie supérieure du corps de condenseur et configure pour délivrer le fluide en état gazeux ; [0014] - un système de récupération du fluide en état liquide disposé dans la partie inférieure du corps dc condenseur ; [0015] Le condenseur comprend en outre une pluralité de tôles disposées entre au moins certaines des rangées de tuyaux pour faire ruisseler du condensat formé sur des tuyaux au-dessus vers la paroi latérale correspondante. [0016] Suivant d'autres aspects avantageux de l'invention, le condenseur comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : [0017] - chaque axe de rangée est perpendiculaire à l'axe principal et est disposé au-dessous d'un plan horizontal comprenant le point d'intersection de cet axe avec le plan vertical ; [0018] - chaque axe de rangée est incliné par rapport au plan horizontal lui correspondant selon un angle compris entre 20° et 70°, de préférence entre 25° et 65° ; [0019] - au moins une tôle présente une plaque sensiblement plan ; [0020] - plaque est dépourvue de point de contact avec les tuyaux des rangées entre lesquelles elle est disposée ; [0021] - au moins une tôle présente une tôle ondulée selon l'axe principal, la tôle ondulée comprenant une pluralité d'ondulations ; [0022] - les ondulations de ladite tôle ondulée forment une pluralité de lignes de crête et une pluralité de lignes de creux, lesdites lignes de crête et lignes de creux sont parallèles aux axes de rangée correspondants ; [0023] - les lignes de crête sont en contact avec les tuyaux de la rangée de tuyaux se trouvant au-dessus de ladite tôle ondulée et les lignes de creux sont en contact avec les tuyaux 3 de la rangée de tuyaux se trouvant au-dessous de ladite tôle ondulée ; [0024] - ladite tôle ondulée est disposée de sorte à faire ruisseler le condensat suivant les lignes de creux ; [0025] - l'épaisseur de chaque tôle est inférieure à 10 mm, avantageusement inférieure à 8 mm et de préférence inférieure ou égale à 6 mm ; [0026] - les tôles sont disposées de manière symétrique par rapport au plan vertical. [0027] Ces caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la des- cription qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : [0028] - [fig.1] la figure 1 est une vue schématique d'un condenseur en coupe transversale selon un premier ou un deuxième mode de réalisation de l'invention ; [0029] - [fig.2] la figure 2 est une vue schématique agrandie du détail D de la figure 1, le condenseur étant selon le premier mode de réalisation ; [0030] - [fig.3] la figure 3 est une vue schématique agrandie du détail D de la figure 1, le condenseur étant selon le deuxième mode de réalisation ; [0031] - [fig.4] la figure 4 est une vue schématique illustrant le fonctionnement du condenseur de la figure 1. [0032] On a en effet représenté sur la figure 1, un condenseur 10 d'un fluide de travail pour une centrale ETM. [0033] Ce condenseur 10 présente un corps de condenseur 11 de forme allongée, par exemple de forme générale sensiblement cylindrique ou de forme de tout autre corps de rotation, selon un axe central X perpendiculaire au plan de la figure 1. [0034] Ce corps de condenseur 11 délimite un espace interne 12 éventuellement pressurisé. À l'intérieur de cet espace interne 12, le corps 11 définit une partie supérieure 14, une partie inférieure 15 et deux parois latérales 16A, 16B s'étendant entre la partie supérieure 14 et la partie inférieure 15. [0035] Comme cela est visible sur la figure 1, le corps de condenseur 11 définit en outre un plan vertical PV s'étendant entre la partie supérieure 14 et la partie inférieure 15. [0036] Ce plan vertical PV passe par l'axe central X et coupe le corps de condenseur 11 par exemple en deux parties sensiblement symétriques. [0037] Les parois latérales 16A, 16B s'étendent donc de part et d'autre du plan vertical PV. [0038] De plus, lorsque le corps de condenseur 11 est de forme cylindrique ou plus géné- ralement, présente un corps de rotation, les parois latérales 16A, 16B sont des parties séparées d'une même paroi délimitant l'espace interne 12 du corps de condenseur 11. [0039] Par ailleurs, dans l'exemple de la figure 1, le corps de condenseur 11 définit en outre un Inini-dôme 17 faisant saillie par rapport à la forme cylindrique de ce corps dans sa partie supérieure 14. [0040] Le condenseur 10 comprend en outre un dispositif d'alimentation 21 du fluide de travail en état gazeux disposé dans le mini-dôme 17, un système de récupération 22 du fluide de travail en état liquide disposé dans la partie inférieure 15 du corps de condenseur 11 et un faisceau de tuyaux de refroidissement 23 disposé entre le dispositif d'alimentation 21 et le système de récupération 22. [0041] Le dispositif d'alimentation 21 se présente par exemple sous la forme d'un tube connecté à une source du fluide de travail en état gazeux et permettant de délivrer ce fluide à l'intérieur du corps 11. [0042] Le système de récupération 22 se présente par exemple sous la forme d'une pluralité de canalisations 24 aptes à canaliser le fluide de travail issu du dispositif d'alimentation 21 et condensé après le passage à travers le faisceau de tuyaux de refroidissement 23. [0043] Le dispositif d'alimentation 21 et le système de récupération 22 sont connus en soi et ne seront pas décrits en détail par la suite. [0044] Le faisceau de tuyaux de refroidissement 23 s'étend dans l'espace interne 12 du corps de condenseur 11 suivant l'axe central X. Ce faisceau est composé par exemple de quelques milliers de tuyaux, par exemple environ de 3000 tuyaux, chaque tuyau s'étendant suivant l'axe central X et étant apte à transporter des eaux froides afin de refroidir et de condenser le fluide de travail. [0045] Pour les raisons de lisibilité de la figure, ces tuyaux ne sont pas illustrés sur la figure 1. [0046] Les tuyaux de refroidissement du faisceau 23 forment une pluralité de rangées de tuyaux, chaque rangée de tuyaux s'étendant selon un axe de rangée Yi. [0047] Ces rangées de tuyaux sont par exemple espacées de manière sensiblement homogène entre elles. De plus, au sein d'une même rangée, les tuyaux sont espacés également de manière sensiblement homogène. [0048] Selon un exemple de réalisation, le faisceau 23 est composé de N rangées de tuyaux disposées de part et d'autre du plan vertical PV où N est par exemple un nombre pair. En particulier, dans ce cas, N/2 rangées de tuyaux sont disposées de chaque côté du plan vertical PV, par exemple de manière symétrique par rapport à ce plan vertical PV. [0049] Par ailleurs, dans ce cas, l'indice i associé à la notation Yi des axes de rangée varie de 1 à N. [0050] Chaque axe de rangée Yi est perpendiculaire à l'axe central X et s'étend à partir du plan vertical PV jusqu'à l'une des parois latérales 16A, 16B, tout en restant au-dessous du plan horizontal perpendiculaire au plan vertical PV et passant par le point d'intersection de cet axe de rangée Yi avec le plan vertical PV. Autrement dit, chaque axe de rangée Yi est dirigé vers la partie inférieure 15 du condenseur 10 à partir du plan vertical PV. [0051] Sur la figure 1, le plan horizontal passant par les points d'intersection des axes Y; et Y3+1 avec le plan vertical est noté par la référence « PH ». [0052] Les axes de rangée Yi situant d'un même côté du plan vertical PV sont parallèles entre eux. [0053] En particulier, dans ce cas, chaque axe de rangée Yi est incliné par rapport au plan horizontal perpendiculaire au plan vertical PV et passant par le point d'intersection de cet axe de rangée Yi avec le plan vertical PV, et forme avec ce plan horizontal un même angle d'inclinaison. [0054] Cet angle d'inclinaison est compris par exemple entre 20' et 70°, de préférence entre 25° et 65°, et est égal par exemple à 30°. [0055] Selon l'invention, le condenseur 10 comprend en outre une pluralité de tôles 30 disposées entre au moins certaines des rangées de tuyaux pour faire ruisseler du condcnsat formé sur des tuyaux au-dessus vers la paroi latérale correspondante. [0056] Ces tôles sont par exemple disposées de manière homogène entre les rangées de tuyaux et sont par exemple espacées de n rangées de tuyaux. Le nombre n'est par exemple choisi dans l'intervalle [1 ; 1001, de préférence dans l'intervalle [1 ; 50] et avantageusement dans l'intervalle [1 ; 25]. [0057] Avantageusement, l'épaisseur de chaque tôle 30 est choisie de sorte qu'elle puisse être disposée entre les rangées correspondantes sans modifier l'espacement entre ces rangées habituellement pratiqué dans l'état de l'art. Autrement dit, les tôles 30 sont disposées dans le faisceau 23 sans modifier la densité des tuyaux dans ce faisceau. [0058] Ainsi, par exemple, l'épaisseur de chaque tôle 30 est inférieure à 10 mm, avanta- geusement inférieure à 8 mm et de préférence inférieure ou égale à 6 mm. [0059] Les tôles 30 sont par exemple en acier ou en titane. [0060] La figure 2 illustre une telle tôle 30 selon un premier mode de réalisation de l'invention. [0061] En particulier, la figure 2 correspond au détail D de la figure 1 sur lequel on voit ap- paraitre une partie de deux rangées de tuyaux adjacentes. Ces rangées s'étendent selon les axes de rangée Yi et Yi+2. Ainsi, sur cette figure 2, seuls deux tuyaux de chacune de ces rangées sont visibles. [0062] Selon le mode de réalisation de la figure 2, la tôle 30 se présente sous la forme d'une plaque sensiblement plane disposée entre les axes de rangée Yi et [0063] Dans le plan des figures 1 et 2, la tôle 30 s'étend donc entre le plan vertical PV et la paroi latérale correspondante 16A, 16B. [0064] Dans le plan perpendiculaire au plan des figures 1 et 2, la tôle 30 s'étend suivant l'axe central X par exemple tout au long de l'étendue axiale du corps de condenseur 11 ou au moins sur une partie de cette étendue. [0065] Par ailleurs, selon le premier mode de réalisation, le condenseur 10 comprend en outre des moyens de fixation (non-représentés sur les figures) permettant de fixer 6 chaque tôle 30 entre les rangées de tuyaux correspondantes de sorte que cette tôle 30 soit dépourvue de point de contact avec les tuyaux de ces rangées. [0066] Notamment, ces moyens de fixation permettent de disposer chaque tôle au milieu entre les axes de rangée correspondants. Ces moyens se présentent par exemple sous la forme de plaques de fixation disposées à chaque extrémité du corps de condenseur 11 ou sous toute autre forme convenable. [0067] La figure 3 illustre une tôle 30 selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. [0068] Comme dans le cas précédent, la figure 3 correspond au détail D de la figure 1 sur lequel on voit apparaitre une partie de deux rangées de tuyaux adjacentes. Ces rangées s'étendent selon les axes de rangée Y, et Y. [0069] Également comme dans le cas précédent, dans le plan des figures 1 et 3, la tôle 30 s'étend entre le plan vertical PV et la paroi latérale correspondante 16A, 16B. [0070] Dans le plan perpendiculaire au plan des figures 1 et 3, la tôle 30 présente une tôle ondulée suivant l'axe principal X. Autrement dit, dans ce cas, la tôle 30 présente une pluralité d'ondulations suivant l'axe principal X. [0071] Ainsi, selon le deuxième mode de réalisation, la tôle 30 forme une pluralité de lignes de crête et une pluralité de lignes de creux. Chacune de ces lignes est perpendiculaire à l'axe principal X et parallèle aux axes de rangée Yi situant du même côté du plan vertical PV. [0072] Les lignes de crête s'étendent donc suivant les sommets des ondulations corres- pondantes et les lignes de creux s'étendent au fond des vallées formées par les ondulations. [0073] Ainsi, la tôle 30 est disposée de sorte que le condensat formé sur les tuyaux au- dessus de cette tôle, ruisselle suivant les lignes de creux de cette tôle 30 vers la paroi latérale 16A, 16B correspondante. [0074] Selon un exemple avantageux de réalisation de ce deuxième mode de réalisation, la tôle 30 est disposée entre les rangées de tuyaux correspondantes de sorte que ses lignes de crête soient en contact avec chaque tuyau de la rangée au-dessus de cette tôle 30 et que ses lignes de creux soient en contact avec chaque tuyau de la rangée au-dessous de cette tôle 30. [0075] Comme dans le cas précédent, le condenseur 10 comprend en outre des moyens de fixation (non-représentés sur les figures) permettant de fixer chaque tôle 30 dans la position décrite ci-dessus. Avantageusement par rapport au cas précédent, les tôles 30 sont retenues au moins en partie par friction entre les rangées de tuyaux correspondantes de sorte que les exigences appliquées aux moyens de fixation peuvent être allégées. [0076] Selon un exemple de réalisation, le condenseur 10 est dépourvu de moyens de fixation, les tôles 30 étant retenues entièrement par friction. 7 [0077] Le fonctionnement du condenseur 10 selon l'invention sera désormais expliqué en référence à la figure 4. [0078] Initialement, le fluide de travail en état gazeux est délivré par le dispositif d'alimentation 21 sur le faisceau de tuyaux de refroidissement 23. [0079] En entrant en contact avec les tuyaux de ce faisceau 23, au moins une partie de ce fluide forme du condensat qui se ruisselle soit vers l'une des tôles 30 soit d'abord vers un tuyau inférieur et puis vers une tôle 30. [0080] En contact avec la tôle 30, le condensat est dirigé vers l'une des parois latérales 16A, 16B, comme cela est illustré par les flèches sur la figure 4. [0081] Le condensat se ruisselle ensuite sur la paroi correspondante jusqu'à atteindre le système de récupération 22. [0082] On conçoit alors que la présente invention présente un certain nombre d'avantages. [0083] Il est clair en effet que la disposition des tôles entre au moins certaines des rangées de tuyaux de refroidissement permet de récupérer le condensat formé sur les tuyaux supérieurs pour le diriger vers le système d'évacuation en évitant le contact avec les tuyaux inférieurs. [0084] Cela évite la formation d'un film de condensat sur les tuyaux inférieurs en préservant ainsi leurs propriétés du transfert thermique. L'efficacité du condenseur est donc améliorée. [0085] Il est à noter par ailleurs que selon l'invention, l'insertion des tôles entre les rangées correspondantes s'effectue sans modification de la densité des tuyaux formant le faisceau. [0086] Cela évite alors la dégradation de l'efficacité du condenseur qui pourrait apparaitre suite à la diminution du nombre de tuyaux de refroidissement. [0087] Bien entendu, d'autres modes de réalisation de l'invention sont également possibles. [0088] 111 est possible par exemple qu'au moins certaines de tôles soient conformes au premier mode de réalisation et certaines autres au deuxième mode de réalisation. [0089] Une tôle peut par ailleurs présenter une forme plus complexe et comprendre par exemple une combinaison des parties planes avec des parties ondulées. [0090] Finalement, le terme « ondulation » au sens de l'invention doit être compris de manière large. Ainsi, les ondulations selon l'invention peuvent présenter des amplitudes et des longueurs différentes. Elles peuvent être lisses ou non aux sommets et aux creux con-espondants. Elles peuvent par ailleurs présenter un motif local particulier. 8 REVENDICATIONS[Revendication 1] Condenseur (10) d'un fluide pour une centrale ETM, comprenant : - un corps de condenseur (1 1 ) de forme allongée s'étendant suivant un axe principal (X) et définissant une partie supérieure (14) au-dessus de l'axe principal (X), une partie inférieure (15) au-dessous de l'axe principal (X), un plan vertical (PV) s'étendant entre la partie supérieure (14) et la partie inférieure (15) en passant par l'axe central (X) et deux parois latérales (16A, 16B) s'étendant de chaque côté du plan vertical (PV) entre la partie supérieure (14) et la partie inférieure (15) ; - un faisceau de tuyaux de refroidissement (23) s'étendant à l'intérieur du corps de condenseur (11) selon l'axe principal (X), les tuyaux de refroidissement formant une pluralité de rangées de tuyaux s'étendant suivant des axes, dits axes de rangée (Y), à partir du plan vertical vers l'une des parois latérales, les axes de rangée (Yi) s'étendant d'un même côté du plan vertical (PV) étant parallèles entre eux ; - un dispositif d'alimentation (21) disposé dans la partie supérieure (14) du corps de condenseur (11) et configuré pour délivrer le fluide en état gazeux ; - un système de récupération (22) du fluide en état liquide disposé dans la partie inférieure (15) du corps de condenseur (11) ; caractérisé en ce qu'il comprend en outre une pluralité de tôles (30) disposées entre au moins certaines des rangées de tuyaux pour faire ruisseler du condensat formé sur des tuyaux au-dessus vers la paroi latérale correspondante (16A, 16B). [Revendication 2] Condenseur (10) selon la revendication 1, dans lequel chaque axe de rangée (Y) est perpendiculaire à l'axe principal (X) et est disposé au-dessous d'un plan horizontal (PH) comprenant le point d'intersection de cet axe (Y1) avec le plan vertical (PV). [Revendication 3] Condenseur (10) selon la revendication 2, dans lequel chaque axe de rangée (Y) est incliné par rapport au plan horizontal (PH) lui correspondant selon un angle compris entre 200 et 700, de préférence entre 25° et 65°. [Revendication 4] Condenseur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins une tôle (30) présente une plaque sensiblement plane. [Revendication 5] Condenseur (10) selon la revendication 4, dans lequel ladite plaque est dépourvue de point de contact avec les tuyaux des rangées entre 9 [Revendication 6] [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] [Revendication 11] lesquelles elle est disposée. Condenseur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins une tôle (30) présente une tôle ondulée selon l'axe principal (X), la tôle ondulée comprenant une pluralité d'ondulations. Condenseur (10) selon la revendication 6, dans lequel les ondulations de ladite tôle ondulée forment une pluralité de lignes de crête et une pluralité de lignes de creux, lesdites lignes de crête et lignes de creux sont parallèles aux axes de rangée (Y,) correspondants. Condenseur (10) selon la revendication 7, dans lequel les lignes de crête sont en contact avec les tuyaux de la rangée de tuyaux se trouvant au-dessus de ladite tôle ondulée et les lignes de creux sont en contact avec les tuyaux de la rangée de tuyaux se trouvant au-dessous de ladite tôle ondulée. Condenseur (10) selon la revendication 7 ou 8, dans lequel ladite tôle ondulée est disposée de sorte à faire ruisseler le condensat suivant les lignes de creux. Condenseur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'épaisseur de chaque tôle (30) est inférieure à 10 mm, avantageusement inférieure à 8 mm et de préférence inférieure ou égale à 6 mm. Condenseur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les tôles (30) sont disposées de manière symétrique par rapport au plan vertical (PV).