PERFECTIONNEMENTS AUX INSTALLATIONS D'EVAPORATION.
La présente invention concerne les installations d'évaporation du type dans lequel la vapeur provenant du liquide en cours d'évaporation dans l'évaporateur est'comprimée dans un compresseur d'où elle passe à la surface de chauffe de l'évaporateur où la chaleur contenue dans la vapeur comprimée est transmise, à travers la surface de chauffe, au liquide qui s'évapore.
Pour des conditions de fonctionnement données, il existe un équilibre thermique défini entre la chaleur fournie à la face chauffante de lasurface de chauffe et la chaleur absorbée'par l'évaporation du liquide dans l'évaporateur, la chaleur perdue au cours de l'extraction de l'évaporateur et d'autres pertes, telles que les pertes par radiation.
En général, dans les installations d'évaporation de ce type, ces pertes de chaleur sont compensées par le gain de chaleur acquis par la vapeur pendant son trajet à travers le compresseur, augmenté., s'il y a lieu, par l'apport de gaz (vapeur) de chauffage supplémentaire, provenant d'une source extérieure, à la surface de chauffe, ou par l'apport de chaleur au moyen d'éléments de chauffage électriques disposés dans l'espace liquide du corps d'évaporateur, par des éléments de chauffage électriques ou d'autres éléments de chauffage disposés dans un évaporateur distinct..
Au cours du fonctionnement d'une telle installation, l'équilibre entre l'apport et la production de chaleur se trouve modifié du fait de la formation d'uncrustations dans l'évaporateur principal, des variations de température du liquide alimentant l'évaporateur, des variations du taux d'alimentation de l'évaporateur et de l'importance de l'extraction admise. Pour maintenir l'évaporateur en état de marche régulière, il est donc nécessaire de régler le nombre des éléments de_chauffage électriques, ou autres, utilisés, ou l'importance de l'extraction de l'évaporateur, de sorte qu'une constante attention est exigée du personnel chargé du fonctionnement de l'installation pour maintenir celle-ci en bon état de marche.
En particulier, la formation d'incrustations sur les surfaces de chauffe peut être importante quand le liquide à évaporer contient de fortes quantités de matières solides, comme il s'en trouve parfois dans les eaux naturelles terrestres, et toujours quand le liquide à évaporer est de l'eau de mer.
La présente invention a pour objet des moyens permettant d'éliminer les inconvénients auxquels on se heurte en cours de fonctionnement d'une telle installation.
A cet effet, l'installation est agencée de façon que la pression de service dans la chambre de chauffe de l'évaporateur principal soit maintenue sensiblement à la valeur de la pression atmosphérique, de manière que la pression à la tubulure de refoulement du compresseur de vapeur soit à chaque instant légèrement supérieure à la pression atmosphérique. La réalisation et le fonctionnement des joints d'étanchéité du compresseur de vapeur sont considérablement simplifiés dufait qu'il n'y a lieu de permettre qu'une faible sortie de la vapeur de l'évaporateur traversant le cpmpresseur et qu'il n'est pas nécessaire de prendre de précautions pour.empêcher l'entrée de l'air ou autres liquide ou gaz dans le compresseur. Les joints du compresseur de vapeur sont en communication libre. avec le refoulement du compresseur,
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Il est également fait en sorte que la chambre de vapeur de chauffe de l'évaporateur soit en communication libre avec l'atmosphère, de manière que l'air atmosphérique puisse entrer dans la chambre de vapeur de chauffe de l'évaporateur, ou en sortir, pour maintenir la dite chambre sensiblement à la pression atmosphérique. La chambre d'évaporation fonctionne à une pres-
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tenir la différence de température voulue pour la transmission de chaleur à travers la surface de chauffe de l'évaporateur. Le compresseur évacue tout l'air et les gaz non condensables qui pénètrent dans la partie sous vide de
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d'où ils peuvent s'échapper dans l'atmosphère. Aucun équipement supplémentaire pour la production de vide n'est donc nécessaire. De préférence, les joints du compresseur de vapeur sont du type à labyrinthe et peuvent fonctionner associés à un arbre à gradins, de manière à fournir la résistance' maximum à la sortie de vapeur, avec-un minimum de jeu entre les lamelles du labyrinthe et l'arbre du compresseur, sans qu'il y ait contact entre eux
ou sans qu'il soit nécessaire de prévoir de garniture en contact avec ledit arbre. Toute usure et arrachement des parties associées est ainsi évitée et la perte de vapeur par les joints est réduite à un minimum, du fait que les conditions de fonctionnement prévoient une différence de pression minimum entre les joints et l'atmosphère.
Il peut être prévu un évaporateur auxiliaire pour fournir de
la vapeur supplémentaire par évaporation d'eau distillée, en utilisant de la vapeur de chauffage ou des éléments de chauffage électriques supplémentaires dans la chambre de liquide de l'évaporateur auxiliaire,, la vapeur provenant d'un tel évaporateur auxiliaire étant amenée dans la chambre de chauffe de l'évaporateur principal, en parallèle avec la valeur comprimée du compresseur. Selon une variante, la vapeur de chauffage supplémentaire peut être amenée à la chambre de chauffe de l'évaporateur principal, en parallèle avec la vapeur refoulée par le compresseur, ou bien des éléments de chauffage électriques peuvent être prévus dans la chambre de liquide de l'évaporateur principal en vue de fournir de la chaleur supplémentaire pour l'évaporation.
A titre nullement limitatif on a représenté au dessin annexé
un exemple des réalisations précitées, dessin dans lequel:
La fige 1 représente schématiquement une installation d'évaporation selon l'invention;
La fig. 2 est une vue en coupe d'un compresseur centrifuge constituant un des éléments d'une telle installation.
Dans l'exemple représenté à la figo 1, l'évaporateur principal 1 est muni d'un échangeur de chaleur 2 comportant'des tubes 3 fixés, chacun, par une de leurs extrémités, à un distributeur d'entrée de vapeur 4 fixé à l'évaporateur 1 et, par leur extrémité opposée, à un distributeur mobile. Le distributeur 4 est divisé en deux compartiments par une cloison 6 qui sépare les tubes en deux groupes. Les tubes du groupe supérieur sont disposés de façon que la vapeur de chauffe y pénètre par le distributeur d'entrée 4, longe les tubes jusqu'au distributeur 5 d'où le condensat et toute vapeur résiduelle reviennent à travers le groupe inférieur de tubes dans une
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te sur le corps d'évaporateur 1, par laquelle on peut sortir de l'évaporateur l'échangeur de chaleur 2 au complet pour l'entretien.
L'évaporateur 1 est muni d'un orifice de sortie de vapeur 8 re-
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entraîné par un moteur électrique 11, par l'intermédiaire d'une botte de vitesse 12, de façon à obtenir la vitesse nécessaire du compresseur 10 correspondant au taux de compression voulu. Le compresseur 10 refoule la vapeur comprimée, par la canalisation de refoulement 13, au distributeur 4 d'où elle pénètre dans les tubes de l'échangeur de chaleur 2.
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à des température et pression accrues, de sorte que la pression et la température à l'intérieur des tubes 3 sont supérieures aux pression et température de la vapeur dans l'évaporateur 1. L'eau brute à évaporer est contenue dans un réservoir d'alimentation 14 qui peut être disposé à un niveau convenable pour alimenter en eau -l'évaporateur par gravité, 'ou bien une pompe peut être prévue entre le réservoir d'alimentation en eau brute, ou tout autre dispositif d'alimentation pour refouler cette eau dans l'évaporateur. L'eau brute, passe, par l'intermédiaire de la canalisation 15, de l'échangeur de chaleur
16, de l'échangeur de chaleur 17, du régulateur d'alimentation 18 et de la canalisation 19, dans l'évaporateur, sous le contrôle du régulateur 18 qui maintient un niveau d'eau sensiblement constant à l'intérieur de l'évaporateur 1.
L'extraction de l'évaporateur peut se faire, par l'intermédiaire de la canalisation 20, au moyen d'une pompe d'extraction 21 qui refoule le liquide de l'extraction vers la vidange par la canalisation 22, l'échangeur de chaleur 16 et la conduite 23. Le condensat formé par condensation de la vapeur dans les tubes de l'échangeur de chaleur 2 est soutiré du compartiment de vidange 7, à travers la conduite 24, par la pompe de vidange de ser-
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de chaleur 17 et la canalisation 27, pour être stocké dans un réservoir d'eau distillée 28.
Un évaporateur auxiliaire 29 contient des éléments de chauffage électriques 30 disposés en-dessous du niveau d'eau dans ledit évaporateur 29. Un réservoir d'eau 31 est prévu pour alimenter l'évaporateur auxiliaire 29 en eau distillée, ou autre eau douce, ayant une teneur minimum en matières solides, par l'intermédiaire de la canalisation 32, le régulateur
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fouler l'eau distillée du réservoir d'alimentation 31 dans l'évaporateur 29.
Il est nécessaire d'utiliser de l'eau distillée pour réduire au minimum la formation d'uncrustations sur la surface des éléments de chauffage électriques 30. L'alimentation en courant électrique des éléments de chauffage électriques est prévue et des dispositions peuvent être prises
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s'adapter à toutes conditions de fonctionnement particulières. L'eau distillée contenue dans l'évaporateur auxiliaire est évaporée par la chaleur fournie par les éléments de chauffage électriques 30, et la vapeur formée est amenée, par l'orifice de sortie 35 de l'évaporateur et la canalisation
36, à la surface de chauffe de l'évaporateur principal, au moyen de la canalisation 13 et du distributeur d'entrée principal 4. On voit qu'avec ce dispositif, la pression de vapeur dans l'évaporateur auxiliaire 29 est légè-
<EMI ID=10.1> geur de chaleur 2 de l'évaporateur principal 1.
Si on le veut, il peut-être prévu une alimentation supplémentaire en vapeur de l'échangeur de chaleur 2, à partir d'une source exté- rieure, telle qu'un générateur de vapeur ou un appareil analogue, ladite alimentation supplémentaire se faisant, par exemple, sur la canalisation 13 par
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D'autre part, on peut, s'il est nécessaire, incorporer dans la chambre de liquide de l'évaporateur principal 1, un ou plusieurs éléments de chauffage électriques comme représentés en 38.
En fonctionnement, à un débit donné, la température de l'évaporateur est déterminée par l'état de propreté des surfaces de chauffe de l'échangeur de chaleur 2. La pression à l'intérieur des tubes 3 est légèrement supérieure à la pression atmosphérique, du fait que l'échangeur-est en communication avec l'atmosphère par un conduit 37 qui permet à l'air et à la vapeur de s'échapper de l'échangeur 2 dans l'atmosphère ou à l'air extérieur de pénétrer par le conduit 37 dans l'échangeur. Tout air qui pénètre dans la partie à vide de l'installation est évacué par le compresseur 10, en même temps que la vapeur, et refoulé dans l'échangeur 2 d'où il est refoulé <EMI ID=12.1>
La pression de refoulement du compresseur 10 est égale à la pression atmosphérique régnant dans l'échangeur de chaleur 2 de l'évaporateur, augmentée de la chute de pression dans la canalisation de refoulement
13 entre le compresseur et le distributeur d'entrée 4 de l'échangeur 2. La température de la vapeur dans l'évaporateur 1 et, par conséquent, la pression dans ledit évaporateur sont déterminées par le déplacement volumétrique du compresseur 10 et l'état de propreté des tubes de l'échangeur 2 ainsi que la quantité d'air existant à l'intérieur de l'échangeur 2.
On s'arrange pour que la surface de chauffe soit beaucoup plus grande qu'il n'est nécessaire pour condenser la vapeur comprimée dans les tubes 3 quand la surface des tubes est propre. Quand les tubes sont propres, de l'air est aspiré dans l'échangeur 2 jusqu'à ce qu'un équilibre s'établisse entre la transmission de chaleur à travers la surface de chauffe de l'évaporateur fournie par les tubes 3 et les différences de pression et de température existant entre la vapeur dans l'évaporateur 1 et la vapeur comprimée dans les tubes 3 de l'échangeur 2. La pression à l'intérieur des tubes 3_ est la somme de la pression partielle de l'air dans les tubes et de la pression de vapeur d'eau, la somme de ces deux pressions étant sensiblement égale à la pression atmosphérique. La pression de vapeur d'eau dans l'évaporateur 1 est inférieure à la pression atmosphérique.
Au fur et à mesure que se forment des incrustations sur les tubes 3, la résistance au passage de la chaleur à travers ces tubes aug- mente. Cette augmentation est compensée en partie par évacuation d'air
dans l'atmosphère par le conduit 37, ce qui réduit ainsi la pression partielle d'air dans l'échangeur 2. La différence de température à travers la surface de-chauffe augmente également et le vide dans l'évaporateur devient plus poussé. Cette action se poursuit jusqu'à ce que le taux de compression qu'elle entraîne atteigne la limite de capacité du compresseur 10. Quand ce point est atteint, il est nécessaire de débarrasser les surfaces des incrustations.
Le fonctionnement de l'installation d'évaporation est entièrement.automatique jusqu'à ce point, du fait que la: pression d'air dans les tubds 3 se règle automatiquement, pour s'adapter à la résistance au passa- . ge de la chaleur, par écoulement d'air à travers le conduit d'aération 37. On voit que, puisque la pression dans l'échangeur 2 est sensiblement la pression atmosphérique, la pression de-refoulement du compresseur 10 est automatiquement maintenue légèrement au-dessus de la pression atmosphérique,. dans n'importe quelles conditions de fonctionnement.
Le compresseur 10 peut être du type rotatif, ou du type centrifuge, ou de tout autre type convenable, et le joint voisin du refoule-ment du compresseur est automatiquement soumis à une pression légèrement supérieure à la pression atmosphérique.
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un point de la canalisation de refoulement du compresseur, et permet à de la vapeur, à une pression légèrement supérieure à la pression atmosphérique,. d'être admise au joint situé du coté aspiration du compresseur, de façon à assurer l'étanchéité du dit joint contre toute entrée d'air.
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pression très légèrement supérieure à la pression atmosphérique. La sortie de vapeur du compresseur par le joint de refoulement est ainsi réduite au minimum et l'entrée de l'air dans le joint d'aspiration est évitée par emploi de vapeur à une pression légèrement supérieure à la pression atmosphérique.
On utilise, de préférence, des joints du type labyrinthe qui permettent des jeux faibles. Ces faibles jeux, combinés au volume spécifique élevé de la vapeur à une pression légèrement supérieure à la pression atmosphérique, réduisent au minimum la quantité de vapeur perdue par les joints. Le maintien des joints à la pression nécessaire pour assurer un fonctionnement satisfaisant de l'installation, est obtenu de façon entièrement automatique et sans qu'il n'y ait besoin d'aucun contrôle.
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Afin d'obtenir un parfait équilibre thermique de l'installation, et permettre à celle-ci d'être maintenue en état de fonctionnement satisfaisant dans les conditions indiquées, il peut être nécessaire de faire varier la quantité de chaleur fournie à l'installation. Etant donné que la quantité de chaleur fournie par le compresseur à la vapeur comprimée,
et cédée à l'échangeur de l'évaporateur principal, est sensiblement constante, il faut prévoir des moyens pour fournir de la. chaleur supplémentaire si on le juge nécessaire. A cet effet, on peut faire varier à volonté le débit de l'évaporateur auxiliaire 29 pour obtenir le parfait équili-
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Dans l'exemple représenté à la fig. 2, un compresseur centrifuge du type multi-étagé est entraîné par l'intermédiaire d'une boite de vitesse 39. Le corps 40 du compresseur est fait de deux parties réunies
par un joint horizontal. Le corps 40 du compresseur comporte une tubulure d'admission 41 qui reçoit la vapeur de l'évaporateur. Le compresseur refoule par la tubulure 42 sur l'échanteur de chaleur de l'évaporateur. Quatre roues mobiles 44 sont montées sur l'arbre 43 du compresseur qui constitue un compresseur à quatre étages. L'arbre de compresseur 43 tourne dans des paliers 45 et 46.
A l'extrémité de refoulement du compresseur est prévu un
joint 47 du type labyrinthe et, comme il a été expliqué en se référant à la fig. 1, la pression de refoulement dans la tubulure 42 et au voisinage du labyrinthe 47 est, selon l'invention, constamment maintenue à une pression légèrement supérieure à la pression atmosphérique. La différence de pression, entre l'extrémité intérieure du joint 47 et l'extérieur, est ainsi très faible.
Le labyrinthe peut avoir un jeu de fonctionnement relativement faible, de sorte que les pertes de vapeur dans l'atmosphère sont réduites au minimum. Si on le veut, il peut être prévu un labyrinthe distinct extérieur à celui représenté au dessin, avec un espace intermédiaire qui peut être relié à n'importe quel appareil de condensation en vue de conserver la vapeur de fuite. A l'extrémité aspiration, le joint à labyrinthe est en deux parties, une partie intérieure 48 et une partie extérieure 49 avec une chambre intermédiaire 50. Une canalisation 51 provenant de la tubulure de refoulement 42 est reliée à la chambre 50 du joint d'étanchéité; d'aspiration, de-sorte que la vapeur, à une pression légèrement supérieure à la pression atmosphérique, peut passer de la tubulure de refoulement 42 dans la chambre 50 par l'intermédiaire de cette canalisation 51.
La chambre 50 est ainsi maintenue entout temps à une pression supérieure à la pression atmos- <EMI ID=16.1>
Le labyrinthe 49 limite la quantité de vapeur, susceptible de s'échapper dans l'atmosphère, à une valeur relativement faible, du fait de la différence de pression relativement faible entre la chambre 50 et l'extérieur du joint et des faibles jeux de fonctionnement qui peuvent être prévus entre les lamelles du labyrinthe. En marche, par conséquent, le fonctionnement de l'installation d'évaporation maintient automatiquement dans le refoulement du compresseur une pression légèrement supérieure à la pression atmosphérique, ce qui empêche l'entrée d'air dans le joint de refoulement, tan-
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à la chambre d'étanchéité 50 empêche toute entrée d'air dans la partie aspiration du compresseur.
Le compresseur peut être du type à écoulement axial ou du type rotatif comportant des joints selon l'invention tels que décrits et représentés aux fig. 1 et 2.