Brevet FR3097137A1 — publié le 20201218

Description Titre de l'invention : Évaporateur d'un fluide de travail pour une centrale ETM, comportant notamment un système de redistribution [0001] La présente invention concerne un évaporateur d'un fluide de travail pour une centrale ETM, comportant notamment un système de redistribution. [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 de 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 un corps de forme allongée à travers laquelle s'étend un faisceau d'évaporateurs. Ce faisceau d'évaporateurs se présentant sous la forme d'une pluralité d'éléments d'évaporation tels que des tuyaux ou des plaques, fait circuler des eaux chaudes le long de l'évaporateur. Les éléments d'évaporation forment ainsi une pluralité de colonnes, chaque colonne s'étendant de la partie supérieure de l'évaporateur vers sa partie inférieure. [0005] 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 à l'état liquide. [0006] Le corps d'évaporateur, appelé également virole dans l'état de la technique, présente non seulement le rôle de récipient pressurisé mais permet également de guider le fluide de travail évaporé par le faisceau d'évaporateurs jusqu'à un système d'évacuation. [0007] Dans les applications dc type « Horizontal Falling Film Evaporator » (« évaporateur horizontal à film tombant » en français), le système d'aspersion est disposé au-dessous du système d'évacuation. Ainsi, le fluide à l'état liquide tombant par gravité sur le faisceau d'évaporateurs remonte après son évaporation vers le système d'évacuation. [0008] Une coiffe, connue également sous le terme anglais de « casing » dans l'état de la technique, est prévue généralement pour diriger la vapeur vers le système d'évacuation. [0009] Cette coiffe couvre le système d'aspersion et le faisceau d'évaporateurs en délimitant ainsi avec la virole un passage de la vapeur. [0010] Lors de la traversée du faisceau d'évaporateurs, le fluide de travail non-évaporé ruisselle d'un élément d'évaporation supérieur à un élément d'évaporation inférieur. 2 [0011] Ce ruissellement ne se fait pas parfaitement verticalement quand le débit du fluide non-évaporé dépasse une certaine valeur. Ainsi, le ruissellement dévie l'axe vertical et atteint les éléments d'évaporation des colonnes adjacentes. [0012] Ce phénomène ne pose pas de difficulté au coeur du faisceau car les déviations ad- jacentes se compensent. Toutefois, le ruissellement dévié des colonnes d'extrémité arrive sur la coiffe sur lequel le fluide s'écoule sans être évaporé. Ce phénomène correspond donc à un effet de bord préjudiciable au fonctionnement de la centrale. [0013] Afin de corriger l'effet de bord, certaines méthodes de l'état de la technique proposent d'augmenter le débit d'alimentation en fluide. Toutefois, cela induit une surconsommation électrique des pompes de rccirculation. [0014] La présente invention a pour but de corriger l'effet de bord sans entrainer de surcon- sommation électrique. [0015] À cet effet, l'invention a pour objet un évaporateur d'un fluide de travail pour une centrale ETM, comportant : [0016] - un corps d'évaporateur de forme allongée s'étendant suivant un axe longitudinal et définissant une partie supérieure et une partie inférieure, un axe transversal s'étendant entre la partie supérieure et la partie inférieure perpendiculairement à l'axe longitudinal [0017] - un faisceau d'évaporateurs transportant des eaux chaudes et comprenant une pluralité de éléments d'évaporation s'étendant suivant l'axe longitudinal, les éléments d'évaporation formant des colonnes s'étendant suivant l'axe transversal, chaque colonne adjacente à deux autres colonnes étant dite colonne intérieure et chaque colonne adjacente à une seule autre colonne étant dite colonne d'extrémité ; [0018] - un système d'aspersion s'étendant au-dessus du faisceau d'évaporateurs dans la partie supérieure du corps d'évaporateur et apte à asperger le fluide de travail à l'état liquide sur le faisceau d'évaporateurs pour faire évaporer ce fluide de travail ; [0019] - une coiffe couvrant le faisceau d'évaporateurs et le système d'aspersion, un espace d'échappement étant formé entre les colonnes d'extrémité et la coiffe ; [0020] l'évaporateur étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre un système de redis- tribution configuré pour récupérer dans l'espace d'échappement le fluide de travail à l'état liquide et pour le diriger vers les colonnes intérieures. [0021] Suivant d'autres aspects avantageux de l'invention, l'évaporateur comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : [0022] - le système de redistribution comprend une pluralité de tôles fléchies, chaque tôle comprenant une première portion s'étendant transversalement selon l'axe transversal et une deuxième portion fléchie par rapport à la première portion et dirigée vers les colonnes intérieures ; 3 [0023] - la première portion de chaque tôle forme un angle supérieur à 90' et inférieur à 180" avec la deuxième portion de cette même tôle ; [0024] - la première portion et/ou la deuxième portion de chaque est(sont) sensiblement plane(s) ; [0025] - le faisceau d'évaporateurs comprend en outre des barres de support adjacentes à chaque colonne d'extrémité et s'étendant selon l'axe longitudinal; [0026] - au moins une tôle comprend en outre une troisième portion configurée pour fixer la tôle à l'une des barres de support, avantageusement la troisième portion formant moyen d'accrochage de la tôle à la barre de support correspondante ; [0027] - la troisième portion de la tôle correspondante est située en prolongement de la première portion à l'opposé de la deuxième portion ; [0028] - la coiffe forme une paroi latérale adjacente à chaque colonne d'extrémité, chaque tôle étant adjacente à l'une des parois latérales de la coiffe (40) ; [0029] - la première portion de chaque tôle est intégrée ou forme au moins une partie de la paroi latérale correspondante de la coiffe ; [0030] - les premières portions des tôles forment les parois latérales) de la coiffe ; [0031] - chaque tôle s'étend longitudinalement selon l'axe longitudinal tout au long des éléments d'évaporation du faisceau d'évaporateurs ; et [0032] - pour chaque colonne d'extrémité, plusieurs tôles sont disposées l'une après l'autre suivant l'axe transversal, les deuxièmes portions de ces tôles étant sensiblement parallèles entre elles. [0033] 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 : [0034] - [fig.1] la figure 1 est une vue schématique de côté d'un évaporateur selon l'invention, l'évaporateur comportant notamment un système de redistribution ; [0035] - [fig.2] la figure 2 est une vue schématique en coupe transversale de l'évaporateur la figure 1 selon le plan de coupe II-II visible sur cette figure 1; et [0036] - [fig.3] la figure 3 est une vue agrandie du détail III de la figure 2. [0037] On a en effet représenté sur la figure 1, un évaporateur 10 pour une centrale ETM. Dans l'exemple illustré, l'évaporateur 10 est un évaporateur à tuyaux. L'invention reste toutefois applicable à un évaporateur à plaques lorsque par exemple plusieurs plaques verticales forment la hauteur du faisceau d'évaporateurs. [0038] En référence à la figure 1, l'évaporateur 10 présente un corps d'évaporateur 11 étendu selon un axe longitudinal X entre une première extrémité 12 et une deuxième extrémité 13. [0039] Sur la première extrémité 12, le corps d'évaporateur 11 présente une forme sen- siblement conique 14 débouchant sur une forme sensiblement cylindrique 15 dé- finissant la deuxième extrémité 13. [0040] Le corps d'évaporateur 11 est par exemple pressurisé et peut être désigné également selon la terminologie utilisée dans l'état de la technique comme virole. [0041] Le corps d'évaporateur 11 définit une partie supérieure PS et une partie inférieure PI visibles sur la figure 2 présentant une coupe transversale de la partie cylindrique 15. [0042] Le corps d'évaporateur 11 définit en outre un axe transversal Y s'étendant entre la partie supérieure PS et la partie inférieure PI perpendiculairement à l'axe longitudinal X. Notamment, cet axe transversal Y est perpendiculaire au plan horizontal contenant l'axe longitudinal X. [0043] En référence de nouveau à la figure 1, l'évaporateur 10 comprend un système d'aspersion 24, un faisceau d'évaporateurs 25, un système de canalisation 26, un système d'évacuation 27, un système de guidage 28 et un système de redistribution 29. [0044] Le système d'aspersion 24 est disposé dans la partie supérieure PS du corps d'évaporateur 11 et comprend un réseau d'alimentation et une pluralité de buses d'aspersion agencées sur ce réseau d'alimentation. [0045] En particulier, dans l'exemple des figures 1 et 2, le réseau d'alimentation se présente sous la forme d'une pluralité de tuyaux d'alimentation 30. [0046] À l'intérieur du corps d'évaporateur 11, chaque tuyau d'alimentation 30 s'étend selon l'axe longitudinal X au-dessus du faisceau d'évaporateurs 25. Ainsi, sur la figure 1, les parties de ces tuyaux s'étendant à l'intérieur du corps 11 sont représentées par des traits interrompus et les parties s'étendant à l'extérieur de ce corps par des traits continus. [0047] Par ailleurs, comme cela est visible sur la figure 2, en coupe transversale, les tuyaux d'alimentation 30 sont disposés sur un arc de cercle 31. Cet arc de cercle 31 est par exemple formé par des moyens de support adaptés et disposés à chaque extrémité 12, 13 du corps d'évaporateur 11. [0048] L'ouverture de cet arc de cercle 31 est comprise par exemple entre 80° et 160°. [0049] En outre, les tuyaux d'alimentation 30 sont par exemple distribués de manière homogène le long de cet arc. [0050] Ainsi, dans l'exemple de la figure 2, neuf tuyaux d'alimentation 30 distribués de manière homogène le long de l'arc 31 sont représentés. [0051] Le faisceau d'évaporateurs 25 se présente sous la forme d'une pluralité d'éléments d'évaporation présentant dans l'exemple décrit des tuyaux traversant la partie cylindrique 15 du corps 11 suivant l'axe longitudinal X. Comme décrit précédemment, les éléments d'évaporation peuvent présenter également des plaques. [0052] Les tuyaux d'évaporation sont par exemple au nombre de quelques milliers par exemple au nombre de 3000. Ainsi, pour des raisons de la lisibilité des figures 1 et 2, ces tuyaux ne sont pas représentés sur celles-ci. [0053] Les tuyaux du faisceau d'évaporateurs 25 sont disposés au-dessous du système d'aspersion 24 et forment une pluralité de colonnes s'étendant suivant l'axe transversal Y. [0054] Ainsi, chaque colonne est adjacente à deux autres colonnes ou est adjacente à une seule autre colonne. Dans le premier cas, cette colonne est dite colonne intérieure et dans le deuxième cas, cette colonne est dite colonne d'extrémité. [0055] Il est clair en particulier que dans l'exemple de la figure 2, deux colonnes d'extrémité sont formées. [0056] Les tuyaux du faisceau d'évaporateurs 25 transportent des eaux, dites eaux chaudes, c'est-à-dire des eaux superficielles. Ces eaux circulent dans le faisceau d'évaporateurs 25 selon l'axe longitudinal X, par exemple de gauche à droite dans l'exemple de la figure 1. [0057] Ainsi, lorsqu'un fluide de travail aspergé via le système d'aspersion 24 entre en contact avec les tuyaux du faisceau 25, il se vaporise. [0058] Le faisceau d'évaporateurs 25 comprend en outre des barres de support adjacentes à chaque colonne d'extrémité et s'étendant selon l'axe longitudinal X. Ces barres de support sont par exemple disposées avec un espacement homogène le long de l'axe transversal Y et permettent de fixer les tuyaux du faisceau d'évaporateurs 25 au corps d'évaporateur 11. [0059] Le système de canalisation 26 permet de canaliser le fluide de travail non-vaporisé pour par exemple l'injecter de nouveau via le système d'aspersion 24 dans l'évaporateur 10. [0060] Ce système de canalisation 26 est disposé dans la partie inférieure PI du corps d'évaporateur 11, au-dessous du faisceau d'évaporateurs 25. [0061] Le système d'évacuation 27 permet d'évacuer de la vapeur produite par le faisceau d'évaporateurs 25 et de la guider vers une turbine (non-illustrée) pour la faire tourner. [0062] Ce système d'évacuation 27 est disposé dans la partie supérieure PS du corps d'évaporateur 11, au-dessus du système s'aspersion 24 et donc, au-dessus du faisceau d'évaporateurs 25. [0063] Le système d'évacuation 27 se présente par exemple sous la forme d'une pluralité de canalisations traversant le corps d'évaporateur 11 dans la partie supérieure de celui-ci. [0064] Le système de guidage 28 permet de guider le fluide de travail en état gazeux jusqu'au système d'évacuation 27. [0065] À cet effet, le système de guidage 28 comprend une coiffe 40 de forme allongée et s'étendant suivant l'axe central X. Cette coiffe couvre le faisceau d'évaporateurs 25 et le système d'aspersion 24. [0066] La coiffe 40 est disposée à l'écart de la surface intérieure du corps d'évaporateur 11 de sorte à former un canal de passage 48 de la vapeur jusqu'au système d'évacuation 6 27. [0067] Ce canal 48 débouche dans la partie inférieure PI du corps d'évaporateur 11 sur deux ouvertures longitudinales 49A, 49B formées entre la coiffe 40 et l'interface intérieure du corps d'évaporateur 11. Chacune de ces ouvertures 49A, 49B s'étend donc tout au long de la coiffe 40 selon l'axe longitudinal X. [0068] La coiffe 40 définit deux parois latérales 50A, 50B s'étendant selon les axes transversale Y et longitudinal X de part et d'autre du faisceau d'évaporateurs 25 et une paroi 51 incurvée s'étendant entre les parois latérales 50A, 50B au-dessus du système d'aspersion 24. [0069] Chaque paroi latérale 50A, 50B est par exemple de forme sensiblement plane. [0070] Par ailleurs, chaque paroi latérale 50A, 50B est adjacente à l'une des colonnes d'extrémité du faisceau d'évaporateurs 25 tout en formant un espace d'échappement 55 avec cette colonne d'extrémité. [0071] En particulier, lors de la traversée par le fluide de travail du faisceau d'évaporateurs 25, certains ruissellements du fluide de travail à l'état liquide échappent les colonnes d'extrémité et se font dans cet espace 55. [0072] Le système de redistribution 29 est placé dans l'espace d'échappement 55 et est configure pour récupérer dans cet espace 55 le fluide de travail non-évaporé pour le diriger vers le coeur du faisceau d'évaporateurs 25, c'est-à-dire vers les colonnes intérieures de ce faisceau. [0073] Pour ce faire, le système de redistribution 29 comprend une pluralité de tôles fléchies, chaque tôle s'étendant longitudinalement tout au long du faisceau d'évaporateurs 25 suivant l'axe longitudinal X. [0074] Une partie de ce système 29 est visible sur la figure 3 présentant le détail III agrandi de la figure 2. [0075] En particulier, sur cette figure 3, une colonne d'extrémité 60 et deux colonnes in- térieures 62 sont visibles. Par ailleurs, une barre de support 63 des tuyaux du faisceau d'évaporateurs 25 est également visible. [0076] En outre, parmi l'ensemble des tôles du système de redistribution 29, deux tôles 65, 66 sont visibles sur la figure 3. [0077] Chacune des tôles 65, 66 comprend une première portion respectivement 75A, 76A s'étendant transversalement selon Faxe transversal Y et une deuxième portion respectivement 75B, 76B fléchie par rapport à la première portion 75A, 76A et dirigée vers les colonnes intérieures. [0078] Ainsi, les deuxièmes portions 75B, 76B sont configurées pour capturer des ruis- sellements du fluide de travail à l'état liquide dans l'espace 55 pour les diriger vers les colonnes intérieures 62. [0079] En particulier, la première portion 75A, 76A de chaque tôle 65, 66 forme un angle 7 compris entre 90 et 180`, avantageusement entre 120' et 160" et de préférence entre 130" et 150% avec la deuxième portion 75B, 76B de cette même tôle 65, 65. [0080] La jonction entre la première portion 75A, 76A et la deuxième portion 75B, 76B de chaque tôle 65, 66 forme par exemple un pli ou une courbure en fonction de la flexion subie par les tôles. [0081] Chaque portion de chaque tôle 65, 66 est par exemple sensiblement plane ou présente toute autre forme favorisant la récupération du fluide de travail à l'état liquide dans l'espace d'échappement 55 et son ruissellement vers les colonnes intérieures 62. [0082] Selon un exemple particulier de réalisation de l'invention, les premières portions 75A, 76A des tôles 65, 66 sont fixées ou intégrées dans la paroi latérale 50B correspondante de la coiffe 40. [0083] Selon un autre exemple de réalisation, ces premières portions 75A, 76A forment au moins une partie de la paroi latérale 50B correspondante. [0084] Autrement dit, dans ce cas, les parois latérales 50A, 50B de la coiffe 40 sont constituées au moins partiellement de tôles adaptées pour faire ruisseler le fluide de travail à l'état liquide vers les colonnes intérieures. [0085] L'ensemble des tôles du système 29 sont par exemple sensiblement analogues. [0086] Alternativement, au moins l'une des tôles présente une forme et/ou une structure différente(s) des autres tôles. [0087] Ainsi, dans l'exemple de la figure 3, contrairement à la tôle 66, la tôle 65 comprend en outre une troisième portion 75C située en prolongement de la première portion 75A à l'opposé de la deuxième portion 75B. [0088] Cette troisième portion 75C forme par exemple un moyen d'accrochage de la tôle à la barre de support 63. [0089] Selon encore un autre exemple de réalisation, chaque tôle du système 29 comprend une troisième portion telle que décrite ci-dessus. [0090] Bien entendu, d'autres exemples d'accrochage, de fixation ou de forme des tôles sont également possibles. Il est par exemple possible de fixer la troisième portion 75C à la bane de support 63 correspondante en utilisant des boulons et des trous oblongs pour assurer une dilatation différentielle. [0091] Lors du fonctionnement de l'évaporateur 10, certains ruissellements du fluide de travail à l'état liquide dévient l'axe d'écoulement vertical. Ainsi, lorsque ces ruissellements sont près des colonnes d'extrémité, ils passent dans l'espace d'échappement 55. [0092] Dans cet espace 55, ces ruissellements sont récupérés par le système de redistribution 29 et en particulier par les deuxièmes portions 75B, 76B des tôles 65, 66. Puis, ils sont réinjectés vers le centre du faisceau 25. [0093] Le système de redistribution 29 permet ainsi de minimiser l'effet de bord sans 8 augmenter le débit du fluide aspergé et donc sans créer une surconsommation électrique. 9 REVENDICATIONS[Revendication I] Évaporateur (10) d'un fluide de travail pour une centrale ETM, comportant : - un corps d'évaporateur (11) de forme allongée s'étendant suivant un axe longitudinal (X) et définissant une partie supérieure (PS) et une partie inférieure (PI), un axe transversal (Y) s'étendant entre la partie supérieure (PS) et la partie inférieure (PI) perpendiculairement à l'axe longitudinal (X) ; - un faisceau d'évaporateurs (25) transportant des eaux chaudes et comprenant une pluralité de éléments d'évaporation s'étendant suivant l'axe longitudinal (X), les éléments d'évaporation formant des colonnes (60, 62) s'étendant suivant l'axe transversal (Y), chaque colonne (62) adjacente à deux autres colonnes étant dite colonne intérieure et chaque colonne (60) adjacente à une seule autre colonne étant dite colonne d'extrémité ; - un système d'aspersion (24) s'étendant au-dessus du faisceau d'évaporateurs (25) dans la partie supérieure (PS) du corps d'évaporateur (11) et apte à asperger le fluide de travail à l'état liquide sur le faisceau d'évaporateurs (25) pour faire évaporer ce fluide de travail ; - une coiffe (40) couvi-Luit le faisceau d'évaporateurs (25) et le système d'aspersion (24), un espace d'échappement (55) étant formé entre les colonnes d'extrémité (60) et la coiffe (40) ; l'évaporateur (10) étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre un système de redistribution (29) configuré pour récupérer dans l'espace d'échappement (50) le fluide de travail à l'état liquide et pour le diriger vers les colonnes intérieures (62). [Revendication 2] Évaporateur (10) selon la revendication 1, dans lequel le système de re- distribution (29) comprend une pluralité de tôles fléchies (65, 66), chaque tôle (65, 66) comprenant une première portion (75A, 76A) s'étendant transversalement selon l'axe transversal (Y) et une deuxième portion (75B, 76B) fléchie par rapport à la première portion (75A, 76A) et dirigée vers les colonnes intérieures (62). [Revendication 3] Évaporateur (10) selon la revendication 2, dans lequel la première portion (75A, 76A) de chaque tôle (65, 66) forme un angle supérieur à 90° et inférieur à 180° avec la deuxième portion (75B, 76B) de cette même tôle. 10 [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] Évaporateur (10) selon la revendication 2 ou 3, dans lequel la première portion (75A, 76A) et/ou la deuxième portion (75B, 76B) de chaque tôle (65, 66) est(sont) sensiblement plane(s). Évaporateur (10) selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel : - le faisceau d'évaporateurs (25) comprend en outre des barres de support (63) adjacentes à chaque colonne d'extrémité (60) et s'étendant selon l'axe longitudinal (X) ; - au moins une tôle (65) comprend en outre une troisième portion (75C) configurée pour fixer la tôle (65) à l'une des barres de support (63), avantageusement la troisième portion (75C) formant moyen d'accrochage de la tôle (65) à la barre de support (63) correspondante. Évaporateur (10) selon la revendication 5, dans lequel la troisième portion (75C) de la tôle correspondante (65) est située en prolongement de la première portion (75A) à l'opposé de la deuxième portion (75B). Évaporateur (10) selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, dans lequel : - la coiffe (40) forme une paroi latérale (50A, 50B) adjacente à chaque colonne d'extrémité (60), chaque tôle (65, 66) étant adjacente à l'une des parois latérales (50A, 50B) de la coiffe (40) ; - la première portion (75A, 76A) de chaque tôle (65, 66) est intégrée ou forme au moins une partie de la paroi latérale (50A, 50B) correspondante de la coiffe (40). Évaporateur (10) selon la revendication 7, dans lequel les premières portions (75A, 76A) des tôles (65, 66) forment les parois latérales (50A. 50B) de la coiffe (40). Évaporateur (10) selon l'une quelconque des revendication 2 à 8, dans lequel chaque tôle (65, 66) s'étend longitudinalement selon l'axe longitudinal (X) tout au long des éléments d'évaporation du faisceau d'évaporateurs (25). Évaporateur (10) selon l'une quelconque des revendication 2 à 9, dans lequel pour chaque colonne d'extrémité (60), plusieurs tôles (65. 66) sont disposées l'une après l'autre suivant l'axe transversal (Y), les deuxièmes portions (75B, 76B) de ces tôles (65, 66) étant sensiblement parallèles entre elles.