Evaporateur à détente à plusieurs étages La présente invention a pour objet un évapora teur à détente à plusieurs étages, notamment destiné à la production d'eau distillée à partir de l'eau de mer, ou d'autres sources contaminées, un tel évapo rateur pouvant être utilisé soit à bord des bateaux, soit à terre.
Dans un tel évaporateur, on fait d'habitude pas ser l'eau de mer chauffée à travers une série de chambres, appelées chambres de détente, à une pres sion de plus en plus basse. L'eau entrant dans cha que chambre se trouve à une température supérieure à la température de saturation et dégage, par détente, de la vapeur pure. Celle-ci est condensée dans un condenseur tubulaire, où sa chaleur latente passe dans l'eau de mer d'alimentation, dont la tempéra ture s'élève progressivement, pour atteindre un maxi mum, quand elle quitte le condenseur associé à la première chambre, dans laquelle l'eau a dégagé de la vapeur par détente.
A ce point, on chauffe l'eau de mer d'alimentation par une source extérieure, afin d'élever suffisamment sa température et être certain que la quantité correcte de vapeur soit produite, quand on l'introduit dans la première chambre de détente.
Un évaporateur à détente consiste donc principa lement en un certain nombre de chambres de dé tente, dans lesquelles de la vapeur est produite par détente et un nombre similaire de condenseurs asso ciés, dans lesquels se condense la vapeur produite.
Dans les évaporateurs à détente à plusieurs éta ges, la vapeur à d'ordinaire tendance à passer d'une chambre de détente à un condenseur, en emportant avec elle des globules d'humidité en suspension. Le but de la présente invention est d'empêcher ou de ré duire au minimum cette tendance.
L'évaporateur à détente à plusieurs étages, faisant l'objet de l'invention, et comprenant une série hori- zontale de chambres de détente avec sorties de va peurs associées, les surfaces de fond de ces chambres étant au moins approximativement au même niveau, un passage d'écoulement dans la première chambre et des passages d'écoulement entre les chambres suc cessives,
est caractérisé en ce qu'une chicane hori zontale est disposée au-dessus de la sortie de chaque passage d'écoulement à proximité du fond de la chambre correspondante de manière que le liquide s'élevant dans la chambre soit obligé de s'écouler sous la forme d'une nappe horizontale sur le fond de chaque chambre et que la vapeur produite puisse s'échapper vers la sortie de vapeur de la chambre sans emporter des globules d'humidité.
Dans le dessin annexé, une forme d'exécution de l'objet de l'invention est représentée à titre d'exemple. La fig. 1 est une vue schématique, en perspective, d'un évaporateur comportant six chambres de détente et un nombre correspondant de condenseurs, arran- gés au-dessus de celles-ci.
La fig. 2 est une coupe horizontale de l'évapo rateur représenté dans la fig. 1.
La fig. 3 est un schéma illustrant l'installation d'un évaporateur à quatre étages et condenseurs et des dispositifs de contrôle de l'installation.
La fig. 4 est un schéma illustrant un procédé pour le contrôle automatique de la température de l'eau de mer d'alimentation.
La fig. 5 est un schéma montrant un autre pro cédé que celui de la fig. 4.
La fig. 6 est un schéma montrant un procédé pour mettre l'évaporateur hors service, au cas où une défectuosité surviendrait dans une quelconque de ses parties.
La fig. 7 est une vue de détail, montrant la cons truction d'une porte d'inspection. La fig. 8 est une vue de détail, montrant la cons truction de l'un des condenseurs.
L'évaporateur représenté aux fig. 1 et 2 com porte six chambres de détente Al, A2, A3, A4, AS et A6. L'eau à évaporer par détente pénètre dans la chambre Al et, après avoir suivi un parcours en zig zag ou en S à travers les diverses chambres, comme indiqué par les flèches, elle est évacuée par une sortie ménagée dans la chambre A6. Six conden- seurs correspondants B1, B2, B3, B4, B5 et B6 sont disposés au-dessus des chambres de détente.
Chacun d'eux s'étend sur la longueur de deux de celles-ci, de façon que la longueur de chaque condenseur soit égale à deux fois la longueur de la chambre et sa largeur, approximativement, égale à la moitié de celle d'une chambre. Bien que les fig. 1 et 2 mon trent une installation comportant six chambres de détente et six condenseurs, on pourrait en prévoir un nombre quelconque.
L'eau de mer chaude pénètre dans la première chambre de détente Al par le canal 1, où la détente a lieu, puis progresse à travers toutes les chambres disposées en série, en suivant le parcours indiqué par les flèches, jusqu'à la chambre finale A6 qu'elle quitte par la sortie 3. Chaque chambre de détente est raccordée à la suivante par un canal similaire au canal 1, à l'entrée de la première chambre Al, et la détente se produit à mesure que l'eau s'écoule dans chaque canal.
Le processus de détente comporte la formation très rapide de bulles de vapeur dans l'eau, avec le résultat que le volume du mélange eau/vapeur aug mente très rapidement, à mesure qu'il s'écoule dans le canal. Afin d'obliger le mélange à s'écouler dans la chambre en une nappe plane et de créer ainsi les conditions dans lesquelles la vapeur se dégagera du mélange et s'écoulera vers le haut, la direction du condenseur, sans emporter de globules d'eau saline en suspension, une plaque de distribution 2, avec bord supérieur incliné, s'étend dans le canal, de façon que le mélange, lorsqu'il s'élève, soit dirigé, par ce bord supérieur,
en une nappe mince, sur la surface de la chambre de détente.
Afin de réduire au minimum la formation de tar tre au cours du chauffage de l'eau de mer d'alimen tation, on limite d'habitude la température maximum à laquelle cette eau d'alimentation est portée. Le chiffre généralement accepté est approximativement 880 C. Dans l'évaporateur décrit, la température à laquelle est portée l'eau d'alimentation est maintenue automatiquement à une valeur prédéterminée et le procédé utilisé pour atteindre ce but est illustré dans la fig. 3, qui montre son application à un évapora teur à quatre étages.
Dans cette figure, les quatre chambres de détente A1, A2, A3 et A4 sont repré sentées en ligne droite, afin de simplifier le schéma, mais il doit être entendu qu'elles ne sont ainsi repré sentées que pour cette raison. La pompe d7alimenta- tion en eau de mer C fait circuler celle-ci à travers les condenseurs B4, B3, B2 et B1 et un réchauffeur D, avant qu'elle ne pénètre dans la première cham bre de détente A1.
Une soupape de contrôle d, com mandée automatiquement par la température de l'eau, avant qu'elle n'entre dans la première chambre de détente Al, contrôle l'alimentation en moyens de chauffage du réchauffeur D, afin de maintenir à la température désirée l'eau entrant dans la cham bre Al.
On contrôle d'habitude le débit d'un évaporateur à détente à plusieurs étages au moyen d'une sou pape a de contrôle de l'alimentation. Par conséquent, si l'on désire réduire le débit de l'évaporateur, on étrangle la soupape de contrôle, de manière à ré duire le débit du dispositif de chauffage vers l'appa reil D, ou bien la température de l'alimentation aug mentera. Dans la construction habituelle d'un évapo rateur, deux réglages sont nécessaires pour contrôler le débit de celui-ci, à savoir le réglage de l'alimenta tion et le réglage de la fourniture de vapeur, tandis qu'avec la disposition automatique décrite, seul le contrôle de l'alimentation est nécessaire, puisque celui de la chaleur fournie suit automatiquement.
On peut employer toute forme de fourniture de chaleur extérieure au réchauffeur D, telle que des gaz chauds, de l'eau ou de la vapeur chaude, en même temps qu'on applique la méthode de contrôle décrite précédemment.
Des évaporateurs à détente à plusieurs étages sont calculés habituellement en estimant une tempé rature moyenne de l'eau de mer d'alimentation. On trouve que si cette température tombe fort en dessous de la valeur pour laquelle l'évaporateur est calculé, l'efficacité thermodynamique de celui-ci est réduite. Dans l'évaporateur décrit la température de l'eau de mer d'alimentation est maintenue voisine de la va leur calculée.
Si, par exemple, on a calculé l'évapo rateur pour une eau d'alimentation à 270 C, il sera habituellement économique d'empêcher la tempéra ture d'alimentation de tomber en dessous de 210 C et ceci sera réalisé de la manière suivante. En se reportant à la fig. 4, on voit que la pompe Cl extrait la saumure non évaporée de la dernière chambre de détente A4 et la renvoie à la source d'eau de mer. Cette saumure est plutôt plus chaude que l'eau de mer livrée au condenseur B4 par la pompe d'alimen tation C.
Si la température de l'eau de mer d'alimen tation a tendance à tomber en dessous de la valeur prédéterminée, qui est de 210 C dans l'exemple cité, une soupape automatique C, commandée par la tem pérature de l'eau de mer, s'ouvre et permet à une certaine quantité de la saumure chaude de rejoin dre l'eau d'alimentation et d'empêcher la tempéra ture de cette dernière de diminuer davantage.
La quantité de saumure ainsi remise en circula tion variera avec la température à laquelle tombe l'eau de mer et si celle-ci venait à tomber suffisam ment bas, la quantité de saumure remise en circula tion serait tellement grande qu'elle concentrerait de façon exagérée l'eau d'alimentation s'écoulant à tra vers l'évaporateur. S'il est vraisemblable que ceci se produise, on utilisera l'autre contrôle représenté dans la fig. 5. Dans cette disposition, un échangeur de chaleur auxiliaire Dl est installé entre la pompe d'alimentation C et le condenseur B4. L'échangeur de chaleur Dl est réchauffé par la saumure chaude venant de la pompe d'extraction Cl.
La quantité de chaleur transférée est contrôlée par la soupape de dérivation c qui permet le passage à travers l'échan geur d'une quantité de saumure suffisante pour em pêcher la température d'alimentation de l'évapora teur de tomber en dessous de la valeur prédéterminée.
Comme indiqué précédemment, on peut employer pratiquement une source de chaleur quelconque pour le fonctionnement de l'évaporateur à détente. Ainsi on peut brûler une huile combustible ou du gaz dans une chambre de combustion et on peut utiliser les produits gazeux de celle-ci comme fluide de chauffage, ou on emploie une chaudière brûlant le combustible pour produire de la vapeur qui sert alors de fluide de chauffage. De préférence le combusti ble est brûlé dans un brûleur immergé dans l'eau de mer d'alimentation, la chaleur passant dans celle-ci par contact direct.
L'évaporateur décrit a un fonctionnement extrê mement stable et on a en conséquence tendance à l'exploiter avec peu ou pas d'entretien. Dans ces conditions, toute défectuosité pourrait provoquer de sérieux dommages avant d'être remarquée. Pour cette raison l'évaporateur peut être équipé d'un con trôle d'arrêt automatique rendant l'évaporateur ino pérant dans le cas où une défectuosité se produirait. Un tel contrôle est représenté schématiquement dans la fig. 6. Il comporte un tableau de contrôle E, qui peut arrêter automatiquement tous les moteurs en- trainant les diverses pompes de l'installation et cou per l'alimentation en fluide.
L'installation représentée fonctionne comme suit. Si la pompe d'alimentation C vient à s'arrêter, en raison d'une défectuosité, par exemple au cas où le moteur viendrait à brûler, un interrupteur à pres sion e détecterait le défaut dans la pression d'alimen tation et relayerait un signal au tableau de contrôle, pour provoquer l'arrêt de l'évaporateur. Ceci évite rait le danger d'une surchauffe dans le réchauffeur d'alimentation D, par suite de la défaillance de l'ali mentation.
L'arrêt de l'installation serait provoqué de ma nière similaire, par l'inondation de la première ou de la dernière chambre de détente, détectée par les in terrupteurs de niveau el et e2, respectivement, qui sont également connectés au tableau de contrôle E. L'interrupteur de niveau e2 fonctionnerait si la pompe d'extraction Cl de la saumure tombait en panne, ce qui provoquerait l'inondation de la der nière chambre de détente A4. De son côté, l'inter rupteur de niveau el fonctionnerait si un blocage se produisait entre deux chambres de détente, ce qui provoquerait l'inondation de la première cham bre Al.
Il est essentiel de réduire au minimum toute fuite d'air dans les évaporateurs du type décrit, qui fonctionnent sous vide, car une quantité quelconque d'air se trouvant à l'intérieur d'un évaporateur rend plus difficile le maintien d'un vide poussé et diminue également les propriétés de transfert de la chaleur de la vapeur en voie de condensation. Une porte d'inspection qui est nécessaire dans chaque chambre de détente et qui est construite de manière à assurer une étanchéité totale, tout en permettant une mise en place et un enlèvement faciles, est représentée dans la fig. 7.
Dans cette disposition, la porte d'ins pection F, retenue en position sur les goujons f, coopère avec un dispositif d'étanchéité<B>f l,</B> com portant une bague en un matériau élastique, se com primant quand on serre les écrous f 2 sur les gou jons f. En général, on ne doit appliquer qu'une lé gère pression au moyen des écrous, puisque, dans les conditions de fonctionnement, le vide régnant à l'intérieur de la chambre attire la porte d'inspection contre la bague, assurant ainsi un joint parfait. Dans une chambre où le vide n'est pas très poussé, la pres sion additionnelle à exercer sur la bague par les écrous peut être facilement calculée et le couple nécessaire appliqué à ceux-ci.
Une autre caractéristique de construction con cerne les condenseurs de vapeur B, dont chacun com porte un faisceau de tubes transversaux. Les con- denseurs sont séparés l'un de l'autre par les plaques de cloisonnement b et les extrémités des tubes qui sont habituellement en matériau non ferreux, sont mandrinées dans les plaques tubulaires boulonnées au moyen d'un collier à une bride de la cuve. Ceci constitue un grand joint qu'il est difficile de rendre complètement étanche et le but de la caractéristique susdite est de surmonter cette difficulté.
Comme le montre la fig. 8, la plaque tubulaire G qui est en métal ferreux, d'habitude de l'acier doux, et soudée directement dans l'enveloppe de la cuve, au moyen de soudures légères g1, qui la relient à cette enveloppe g et aux plaques divisionnaires b. Ces soudures agissent également comme joints, entre l'atmosphère et l'intérieur de la cuve et entre les condenseurs adjacents B1, B2.
Les extrémités des tubes H, qui sont en matériau non ferreux, sont mandrinées dans la plaque tubu laire G en métal ferreux.
Toutes les parties ferreuses du condenseur reçoi vent un revêtement, empêchant la corrosion et les isolant électriquement des tubes non ferreux, en vue d'éviter une action électrolytique dans le circuit de l'eau de mer: