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Echangeur thermique, particulièrement pour liquides tendant à former des incrustations.
Il est connu de traiter les liquides qui ont tendance à former des incrustations, particulièrement l'eau de mer, dans les évaporateurs comprenant un dispositif pour le raclage des faces d'échange thermique. Le raclage est réalisé soit par le fait que le systeme de chauffage est disposé de manière mobile et que les racloirs sont immobilisés par une tringle, ou analogue, soit par le fait que le système de chauffage est immobile, alors que le dis- positif de raclage tourne, par exemple sous forme d'une cage. Avec ces deux dispositions on rencontre des difficultés techniques con- sidérables dans l'admission de l'agent de chauffage et dans l'éva- cuation du produit de condensation.
Une difficulté importante rési- de dans le montage du système de chauffage rotatif et dans l'obten- tion de l'étanchéité de l'arbre à sa sortie de la chambre des va- peurs chaudes.
L'invention a pour but d'écarter ces difficultés et elle y parvient tout d'abord par le fait que les éléments composant l'é- changeur thermique sont exécutés sous forme de corps annulaires creux, présentant une ouverture par laquelle on peut faire passer un arbre tournant ou animé d'un mouvement alternatif et/ou réaliser l'admission du liquide ou du gaz à traiter. Lorsqu'on emploie pour le chauffage de l'évaporateur des éléments chauffés électriquement, ceux-ci peuvent être exécutés de la même manière que les éléments chauffés à la vapeur, de sorte qu'il est possible de disposer dans le même échangeur thermique aussi bien des éléments chauffés à la vapeur que des éléments chauffés électriquement, sans que cela en- traine la nécessité d'une irrégularité dans la construction ou le montage du dispositif de raclage.
Pour les éléments chauffés élec- triquement les tuyaux à vapeur, respectivement à eau de condensa- tion, sont remplacés par des tubes d'engainement, utilisés pour le placement des conducteurs électriques. Ces tubes d'amenée, respec- tivement de sortie, de courant sont raccordés, par exemple par sou- dure, d'une manière étanche aux liquides, aux éléments chauffés électriquement et au couvercle, par exemple amovible, du récipient
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ou de l'enveloppe. Pour pouvoir conserver les surfaces d'échange thermique des anneaux creux distincts exemptes d'incrustations, ces anneaux creux sont disposés à un certain écartement les uns des autres, de manière que des racloirs, ou leur équivalent, commandés par un arbre central ou intérieur, puissent se mouvoir dans les dits intervalles.
La vapeur de chauffage peut être admise de la périphérie des anneaux creux, particulièrement du fait que, dans le cas d'éléments disposés verticalement, l'admission se fait à la partie supérieure et l'évacuation du produit de condensation au point le plus bas de la périphérie. Il en résulte que l'agent de chauffage ou de réfrigération passe par l'elément en s'écoulant dans un seul sens, c'est-à-dire sans retour. Les éléments distincts peuvent être assemblés par des tuyaux ou des tiges ou boulons communs, disposés au voisinage du bord des plateaux, ces tuyaux pouvant servir simultanément, dans le cas d'une disposition adéquate, à l'admission et à l'évacuation dans le sens de ce qui précède.
La fixation de l'échangeur thermique à une paroi, par exemple amovible, du récipient ou de l'enveloppe de l'évaporateur est effectuée par exemple à l'aide des tuyauteries. Le soutènement de l'arbre, respectivement des tringles, nécessaires à la commande des racloirs peut être réalisé à l'intérieur de la chambre à vapeurs chaudes, et peut être supporté par les tuyauteries ou par les boulons de support. La commande des organes mobiles de l'échangeur thermique, logés dans cet espace clos de toute part, peut être réalisée par le fait que les organes de coismande extérieurs des organes mobiles intérieurs sont rendus étanches par rapport à l'intérieur du récipient ou de l'enveloppe par des dispositifs qui suivent les mouvements de commande (tubes ondulés, manches résistant à la pression, ou analogues).
Une disposition présentant les caractéristiques indiquées permet une exécution particulièrement avantageuse d'une installation poly-étagée, surtout par suite de la possibilité d'employer simultanément des éléments chauffés electriquement et des éléments chauffés à la vapeur. Une telle installation peut être exécutée par exemple de manière que le dernier étage constitue le condenseur pour les vapeurs chaudes de l'étage précédent. Son système d'échange thermique peut être constructivement identique à ceux des étages précédents.
L'eau de mer admise dans ce condenseur peut être préchauffée déjà à plusieurs reprises dans le réfrigérant du produit de condensation, dans le réfrigérant des eaux mères et/ou dans le réfrigérant des vapeurs chaudes détendues, ce qui est utile particulièrement dans les installations à haut rendement thermique. Si, par suite du montage décrit des réfrigérants, le produit de condensation, respectivement les eaux mères, provenant du réfrigérant du produit de condensation, du réfrigérant des vapeurs chaudes détendues et/ou du réfrigérant des eaux mères, possèdent des températures trop élevées, l'invention prévoit pour les eaux mères et le produit de condensation un réfrigérant commun à froid monté en aval des dits réfrigérants et pouvant être alimenté par l'excès d'eau de mer débité par la pompe d'alimentation.
L'eau de mer, ainsi préchauffée à plusieurs reprises, peut être tirée du dernier étage à un endroit aussi élevé que possible et servir à l'alimentation du premier étage. Pour raccourcir ou accélérer le processus de mise en marche d'une installation poly- étagée, l'invention prévoit un chauffage auxiliaire, par exemple électrique, qui est automatiquement coupé lorsque l'installation a atteint une certaine température, c'est-à-dire l'état dit permanent.
Ceci peut être réalisé avec emploi d'un thermomètre à contacts ou d'un thermostat et d'un relais, ou de dispositifs semblables connus.
Suivant ce qui a été déjà mentionné plus haut, le chauffage électrique des éléments et leur dispositif de raclage peuvent être exécutés dans ce cas utilement en un tout formant avec l'élément chauffé à la vapeur de l'étage correspondant un ensemble constructif.
Les dessins annexés représentent l'invention à titre
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d'exemples, à savoir: la Figure 1, l'intérieur, partiellement en coupe, d'un évaporateur d'eau de mer, composé d'éléments en forme de plateaux, suivant l'invention,
La,figure 2, une vue en bout du dispositif de la figure 1, avec coupe partielle suivant 2-2, figure 1,
La figure 3, une vue de derrière du dispositif suivant la figure 1, , .
La figure 4, une vue en élévation d'un racloir disposé entre les éléments de chauffage en forme de plateaux, , La figure 5, une coupe suivant 5-5, figure 2,
Les figures 6-et 7, deux exécutions différentes, partiellement en élévation, partiellement en coupe suivant 6-6, figure 1, relatives à l'admission de vapeur aux éléments chauffés à la vapeur,
La figure 8', une coupe verticale dans un élément, chauffé également à la vapeur, d'une autre exécution,
La figure 9, une coupe horizontale suivant 9-9, figure 8,
Les figures 10 et 11, un élément chauffé également à la vapeur, semblable au dispositif suivant les figures 8 et 9,
La figure 12, une vue schématique d'une installation d'évaporation d'eau de mer, poly-étagée, suivant l'invention.
Dans les dessins, 2 désigne trois tuyaux fermés chacun par un chapeau 3 à une extrémité. Ces chapeaux, dont un est représenté en coupe sur les figures 1 et 3, sont exécutés de manière à pouvoir être insérés latéralement dans des évidements angulaires d'un organe en--forme d'étoile 4. Sur les chapeaux sont prévus des prolongements filetés 3a et des épaulements 3b. Sur ces prolongements filetés sont montes' des capuchons de serrage 5 qui sont pressés par des écrous 6 contre l'organe en étoile 4, de sorte que l'organe 4 est serré entre les épaulements 3b et les capuchons de serrage 5. Par 7 sont désignés des éléments de chauffage en forme de plateaux, à la périphérie desquels des oeillets 8 sont fixés par soudure ou de manière analogue.
Ces oeillets sont essentiellement d'une largeur correspondant à la valeur que doit présenter la distance du centre d'un élément au centre de l'élément suivant. Après la fixation des tuyaux, de la manière décrite plus haut, à l'organe en étoile 4, les éléments de chauffage en forme de plateaux sont placés successivement sur les extrémités libres des dits tuyaux. Les éléments de chauffage 7 sont supposés être chauffés à la vapeur, alors que les éléments de chauffage 7a sont chauffés électriquement. Les éléments chauffés à la vapeur sont raccordés par des perforations transversales 9, 9a, 9b aux tuyaux 2, comme le montre la figure 1, en bas, à gauche et à droite.
Les éléments chauffés électriquement 7a sont munis chacun de deux raccords tubulaires 10 revêtus d'isolations 11.
Chaque série de ces tubes 10 porte un tube collecteur 12 (figures 1 et 2) muni d'une isolation 13. Dans ces tubes collecteurs sont insérés les fils conducteurs d'arrivée et de départ de courant électrique Chacun des tubes collecteurs porte à son extrémité qui n'est pas en regard de l'organe 4 une bride 14 dont il est rendu solidaire par soudure ou de manière analogue. 15 est un couvercle amovible d'un récipient 16 contenant de l'eau de mer. Ce couvercle 15 est également glissé sur les extrémités des tuyaux 2 et sur les extrémités de tubes collecteurs 12, après quoi le couvercle est relié aux autres parties à l'aide d'écrous de raccordement 17, respectivement d'une contre-bride 18, pour'constituer ensemble un tout.
Par 19 sont désignés des racloirs prévus entre les éléments de chauffage distincts 7, respectivement 7a et servart à protéger les éléments de chauffage en forme de plateaux contre la -=formation d'incrustations ou le dépôt de croûtes. Un racloir de cette espèce est représenté séparément sur la figure 4. Il peut avoir quatre pales ou ailes, ou plus. Ces racloirs peuvent être intercalés entre les éléments de chauffage dis-
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tincts 7, 7a suivant le procédé d'assemblage décrit jusqu'à présent, après quoi l'arbre 20, muni de la clavette 21, peut être introduit dans les ouvertures 19a des racloirs. L'arbre peut alors être introduit avec son extrémité dans l'organe 4 et y être retenu par l'écrou 22. De ce fait l'arbre est supporté aussi bien dans le couvercle 15 que dans l'organe 4.
A l'extrémité droite de l'arbre est prévue une roue à rochet 23 (figures 1 et 5) fixée à l'arbre et pouvant être mise en rotation intermittente dans le sens de la flèche (figure 5) par l'intermédiaire d'un cliquet 24. La rotation de la roue rochet en arrière est empêché par les ressorts d'arrêt 25. La fourche 26, mobile en sens alternatif avec le cliquet, passe à l'extérieur d'une manière étanche aux gaz et à l'eau dans un soufflet 27, la tige étant par exemple soudée au disque 28.
La vapeur de chauffage peut être admise dans l'appareil décrit jusqu'ici par les écrousde raccordement 17, alors que le produit de condensation de l'agent de chauffage peut être évacué par un écrou ou une tubulure de raccordement semblable. Par le dispositif de chauffage électrique on peut déjà procéder à un chauffage à un moment où l'on ne dispose pas encore d'une quantité suffisante de vapeur de chauffage. On y reviendra encore dans la suite. Les racloirs peuvent être actionnes de manière intermittente en sens unique au moyen du dispositif représenté. Il va de soi que l'arbre 20 pourrait aussi être actionné en sens alternatif par la tige 26. L'élément de chauffage entier, y compris le dispositif de commande pour les racloirs, peut être sorti du récipient 16 après desserrage du couvercle 19 et être éventuellement interchangé d'une pièce.
Avec cette forme d'exécution il est également facile de procéder à des réparations quelconques.
Sur la figure 6 le chiffre de référence 29 désigne une conduite d'amenée de vapeur disposée devant le couvercle 15 constituant la paroi d'extrémité ou frontale de l'appareil, cette conduite se bifurquant en deux conduites 30 et 31 raccordées, à leur tour, aux écrous de raccordement 17 des deux tuyaux supérieurs 2. Par 32 est désignée une conduite d'évacuation d'eau de condensation, disposée également devant la paroi d'extrémité de l'appareil et raccordée à l'écrou de raccordement correspondant 17 du tuyau. inférieur 2.
La vapeur entre dans les chambres ou compartiments des éléments distincts en forme de plateaux 7 par les perforations supérieures 9b, 9a, 9 et s'y répartit par exemple de la manière indiquée par les flèches, le produit de condensation étant évacué par les perforations inférieures 9, 9a, 9b et par le tuyau inférieur 2 vers la conduite d'évacuation 32.
Une autre forme d'exécution est représentée sur la figure 7 ; dans ce cas les oeillets 8, disposés d'une autre manière convenable, servent à recevoir seulement des boulons ou tiges pleines 2a, au lieu des tuyaux 2. Il y est prévu une conduite d'amenée de vapeur 29a. Cette dernière est également disposée devant la paroi d'extrémité. Les éléments distincts en forme de plateaux 7 sont munis de tubulures supérieures 33 et de tubulures inférieures 34, raccordées respectivement à une tuyauterie supérieure commune 35, et à une conduite inférieure commune 36 d'évacuation du produit de condensation. Dans ce cas l'amenée et le passage de la vapeur ont lieu suivant un mouvement dirigé franchement de haut en bas, comme indiqué par des flèches.
Les figures 8 et 9 représentent des dispositions conformément auxquelles les éléments 7 et les oeillets 8 sont supposés être exécutés similairement à ceux représentés sur les figures précédentes. Cependant, suivant cette forme d'exécution, les éléments 7 renferment des tuyaux 81, 82, dans lesquels de la vapeur eut être admise suivant les flèches indiquées, par des tuyaux
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d'admission 83 fermés à l'extrémité, alors que la vapeur d'échappement, respectivement le produit de condensation, sont évacués par un tuyau 84, également fermé à l'extrémité. Les intervalles entre les tuyaux 81, 82, 83 et 84, dont les deux derniers possèdent une section transversale rectangulaire, comme représenté, sont supposés être remplis d'une poudre métallique, ou analogue, bonne conductrice de la chaleur.
Au lieu de la poudre métallique, ou analogue, et de l'élément ou boite 7, on peut aussi prévoir une enveloppe de tuyaux, coulée d'une manière homogène autour des tuyaux, les oeillets pouvant être obtenus également simultanément par coulée.
La disposition représentée sur les figures 10 et 11 prévoit également des tuyaux correspondant aux tuyaux 81 et 82 raccordés à des tuyaux d'admission et d'évacuation de vapeur 83a, 84a.
Mais les tuyaux d'admission et d'évacuation de vapeur s'étendent plus vers le centre du plateau; ce dernier ne présentant, dans ce cas, pas d'ouverture centrale. Les oeillets de support sont supposés dans ce cas être les mêmes que dans l'exemple d'exécution suivant les figures 8 et 9. Le mode d'exécution suivant les figures 10 et 11 prévoit des racloirs 85 qui s'engagent latéralement dans les intervalles entre les plateaux. De cette manière l'arbre des racloirs peut être facilement enlevé, avec les racloirs, du réchauffeur, par exemple par l'enlèvement du couvercle du récipient 16 rendant étanche la sortie de l'arbre des racloirs, ce qui est avantageux, surtout dans le cas de réchauffeurs de dimensions relativement grandes.
Sur la figure 12 le chiffre de référence 37 désigne une pompe d'alimentation aspirant de l'eau de mer de gauche et la refoulant à droite. Le chemin parcouru par l'eau de mer est indiqué par une ligne non interrompue, croisée d'abord par des traits transversaux fortement espacés les uns des autres, et ensuite, après la concentration de l'eau de mer, par des traits transversaux très rapprochés les uns' des autres. L'eau sous pression, par exemple à2, atmosphères relatives, entre d'abord dans un condenseur 38, puis dans un réfrigérant 39, puis dans un réfrigérant 40 et ensuite dans un récipient 41 d'une exécution par exemple telle que représentée sur les figures 1 à 7. D'ici l'eau sous pression est amenée, à travers un régulateur de niveau 42, dans un récipient chauffé 43. Ce récipient est chauffé électriquement, comme indiqué.
L'eau de mer est amenée ensuite, à travers un régulateur de niveau 44, dans un autre récipient chauffé 45 et à travers un régulateur de niveau 46 dans un récipient chauffé suivant 47. De ce dernier l'eau de mer, concentrée entretemps sur son parcours, est amenée dans le réfrigérant 39, et de là dans un condenseur complémentaire 48, pour être ensuite transportée par une autre pompe 49. Les récipients 43, 45, 47 sont munis de dômes dits à vapeurs chaudes 43a, 45a, 47a. Les vapeurs chaudes du récipient 43 sont envoyés, en qualité de vapeur de chauffage, dans les éléments de chauffage du récipient 45. Les vapeurs' chaudes du récipient 45 sont envoyées, en qualité de vapeur de chauffage, dans l'élément de chauffage du récipient 47.
Les vapeurs chaudes du récipient 47 sont envoyées, en qualité de vapeur de chauffage, dans les éléments chauffés à la vapeur du dispositif de chauffage du récipient 41. Le produit de condensation de l'élément de chauffage du récipient 45 est passé à travers un dispositif d'évacuation de produits de condensation 50, alors que les vapeurs chaudes, formées par la détente à cet endroit et possédant la même tension que les vapeurs chaudes du dôme 45a, sont envoyées dans .la conduite des vapeurs chaudes alimentant l'élément de chauffage du récipient 47.
De même, l'eau de condensation de l'élément de chauffage du récipient 47 passe par un dispositif d'évacuation de produits de condensation 51, dans lequel est amenée simultanément, comme représenté, l'eau de condensation
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détendue provenant du dispositif d'évacuation de produits de condensa. tion 50. L'eau de condensation est envoyée ensuite, ensemble avec l'eau de condensation du dispositif de chauffage du récipient 41, dans un autre dispositif d'évacuation de produits de condensation 52, les vapeurs chaudes détendues à cet endroit étant envoyées dans le condenseur 38.
Les récipients 43, 45, 47 et 41 peuvent être vidés ou purgés à l'aide de soupapes 43b, 45b, 47b et 41b.
Dans cette installation l'eau de mer est réchauffée élec- triquement d'abord dans le récipient 41 et sert alors à l'alimenta- tion du récipient 43 chauffé électriquement, comme mentionné. Les vapeurs chaudes formées en 43 servent alors déjà au chauffage du ré- cipient 45, les vapeurs chaudes formées dans ce dernier et possédant une tension inférieure chauffent le récipient 47, alors que les va- peurs chaudes formées dans ce dernier, d'une tension encore moindre, servent au chauffage du récipient 41. Par 53 est désigné un thermostat qui coupe, au moyen d'un relais 54, le courant alimentant les par- ties électriquement chauffées de l'élément de chauffage du récipient 41, après un certain temps de mise en marche, lorsque l'eau de mer contenue dans le récipient 41 atteint une température déterminée.
Ainsi, l'eau de mer est préchauffée dans le récipient 41 et est éva- porée dans les récipients 43, 45, 47 en trois étages. Les eaux mères formées sont évacuées du récipient 47, comme décrit, en passant par les réfrigérants 39 et 48. Le produit de condensation provenant du dispositif d'évacuation de produits de condensation 52 est amené dans le réfrigérant 40, d'ou il est d'abord passé par le condenseur complémentaire 48 et ensuite évacué ensemble avec le produit de con- densation provenant du condenseur 38. Le condenseur complémentaire 48 est refroidi à l'eau de mer, débitée par la pompe d'alimentation 37 et détendue par une soupape de surpression 55.
REVENDICATIONS ---------------------------
1.- Elément pour échangeurs thermiques composés de pla- teaux, particulièrement pour liquides tendant à former des incrusta- tions ou des croûtes, comme l'eau de mer ou le jus de sucre, caracté- risé en ce qu'il est exécuté sous une forme annulaire creuse avec une ouverture préférablement centrale permettant le passage d'un arbre rotatif ou à mouvement alternatif et/ou l'admission du liquide ou du gaz à traiter.