EP0003927B1

EP0003927B1 - Procédé pour fournir ou enlever de la chaleur à un fluide de travail condensable et dispositif fonctionnant selon ce procédé

Info

Publication number: EP0003927B1
Application number: EP79400086A
Authority: EP
Inventors: Jacques Sterlini
Original assignee: Compagnie Electro Mecanique SA
Current assignee: Compagnie Electro Mecanique SA
Priority date: 1978-02-20
Filing date: 1979-02-08
Publication date: 1982-01-27
Also published as: FR2417732A1; FR2417732B1; US4261177A; DK71979A; PL213544A1; FI790552A; DE2961929D1; EP0003927A1; AT370508B; JPS54122452A; ATA118679A; CH629294A5; WO1979000641A1; NO790550L

Description

La présente invention est relative à un procédé et un dispositif pour échanger de la chaleur entre des fluides, l'un de ceux-ci, qui sera appelé dans la suite fluide de travail condensable, étant maintenu dans des conditions telles que les échanges thermiques entraînent la vaporisation ou la condensation d'une partie de sa masse.
Plus particulièrement, la présente invention est relative à un dispositif utilisable dans une installation de pompage de claleur.
Les pompes à chaleur sont connues depuis longtemps, mais il paraît difficile de dire que leurs rendements énergiques et leurs prix atteignent le niveau optimal.
Une des raisons en est qu'il n'existe pas de fluide de travail idéal pour les conditions où il est plus spécialement envisagé de les utiliser, c'est-à-dire à des températures du même ordre que la température ambiante. Les fréons conviennent bien du fait notamment de leurs températures de condensation sous des pressions modérées, mais ils sont coûteux, ne doivent pas être mis en contact avec des graisses ni se répandre dans l'atmosphère. L'eau, aux températures ordinaires, exige des installations de volume prohibitif du fait des basses pressions correspondantes. L'ammoniac présente des pressions convenables dans le domaine d'utilisation considéré, ainsi que de bonnes propriétés d'échange thermique et est peu coûteux, mais il est corrosif et toxique.
D'un autre côté, les installations existantes sont relativement importantes du fait des médiocres coefficients d'échange usuels qui conduisent à des échangeurs volumineux, d'où des masses de fluide de travail importantes, ce qui est d'autant plus gênant que ce fluide est soit coûteux comme le fréon soit dangereux comme l'ammoniac.
Une voie pour améliorer les pompes à chaleur existantes consiste, évidemment, à améliorer leur rendement thermodynamique, de façon à obtenir de meilleurs transferts de chaleur pour une masse égale de fluide de travail.
Un pas dans cette voie est représenté par le brevet CH-A-305.668, dans lequel la vaporisation du fluide de travail est faite par étapes, à pression et température décroissantes, la phase vapeur du fluide de travail étant extraite à chaque étape et envoyée dans un étage correspondant d'un compresseur, où elle rejoint la vapeur provenant d'une étape à pression inférieure et qui a déjà été comprimée dans un autre étage du compresseur. Cette conception ne s'est cependant pas répandue, peut-être parce qu'elle faisait appel au fréon ou à l'eau comme fluide de travail. De plus, l'amélioration de rendement thermodynamique est limitée du fait que la vapeur qui sort finalement du compresseur est loin des conditions de saturation.
Le document FR-A-2.352.247, présente une solution plus perfectionnée du problème de l'amélioration du rendement thermodynamique. En effet, dans chacun des modules où à chaque étape s'opère la vaporisation par étapes du fluide de travail, la vapeur recom- primée provenant du module voisin à pression inférieure à travers un étage de compresseur est remise en contact avec la phase liquide, et est donc ramenée aux conditions de saturation, si bien que sur un diagramme entropique, par exemple, le trajet en zig-zag représentant les états successifs de la phase vapeur reste toujours à proximité de la courbe de vaporisation. On obtient ainsi un gain énergétique variable selon la nature du fluide de travail et les conditions opératoires, mais particulièrement intéressant dans le cas de l'ammoniac. Cet avantage est encore considérablement augmenté par le fait que, dans ce document, la condensation du fluide de travail, dans la partie haute température de la pompe à chaleur, est également opérée par étapes, dans les modules analogues à ceux où s'opère la vaporisation.
Cependant, dans ce document, les échangeurs ne font pas l'objet d'une étude particulière et il ressort de la description qu'on y a surtout eu en vue des échangeurs constitués par des récipients en partie remplis par la phase liquide du fluide de travail, à niveau libre, des tubes traversés par les fluides avec lesquels se fait l'échange de chaleur étant disposés soit dans la phase liquide soit dans la phase vapeur surplombante.
Une telle disposition entraîne l'obligation de disposer de masses relativement importantes de fluide de travail, ce qui, comme on l'a dit plus haut, est à éviter, surtout lorsque celui-ci est l'ammoniac. De plus, elle ne garantit pas que les coefficients d'échange soient optimaux.
En outre, si on examine les pertes de charge subies par le fluide lorsqu'il parcourt les modules dans le sens des pressions décroissantes, on constate que l'essentiel de la différence de pression entre deux modules consécutifs correspond à la perte de charge due au "flashage" du liquide lorsqu'il pénètre dans le compartiment d'échange. Ce flashage s'accompagne de pertes d'énergies non récupérables.
Dans les travaux qui ont abouti à la présente invention, on s'est plus particulièrement attaché aux échanges thermiques dans des échangeurs et aux pertes de charges correspondantes.
On sait d'une façon générale que lorsqu'on veut réaliser des échanges de chaleur dans des tubes, il faut nécessairement mettre en jeu la perte de charge du fluide qui les traverse et que, plus grande est cette perte de charge, plus grand est le flux thermique. Cette corrélation (analogie de REYNOLDS) prend un caractère particulier dans les cas où il se produit dans des tubes une ébullition ou une condensation; les phénomènes physiques qui se produisent alors donnent lieu selon les ordres de grandeur des divers paramètres (débit spécifique, titre) mis en jeu, à une grande variété de régimes de fonctionnement tant du point de vue hydrodynamique (écoulements stratifiés, transitoires, annulaires) que du point de vue thermo- cinétique (régimes d'évaporation, d'ébullition nuclée, etc....).
Parmi ces régimes, certains présentent un intérêt particulier, car ils permettent d'atteindre des flux thermiques très élevés, par exemple supérieurs à 50 kW/m², avec une faible différence de température entre fluide et paroi du tube, par exemple 1°C.
Ces régimes sont obtenus lorsque le "titre massique", rapport entre le débit de vapeur et le débit total de fluide, mesurés en poids, est compris entre une valeur de l'ordre de 0,03 environ et une valeur de l'ordre de 0,97 environ, c'est-à-dire dès que le fluide est franchement diphasique, avec une perte de charge importante, par exemple de l'ordre de 0,3 bar par mètre pour des tubes de diamètre 20 mm (cf. 5th Int. Heat Transfert Conf. 1974 TOKYO, Handbook of heat transfert, ROSENOW).
De telles conditions sont compatibles avec le procédé des brevets précités; en effet, une différence de température de 5° entre deux modules successifs donne lieu, si on utilise de l'ammoniac, à une différence de pression qui peut être de l'ordre de grandeur de 3 bars, ce qui correspond à un tube de 10 mètres de long comportant une perte de charge de 0,3 bar/mètre.
Les valeurs du titre massique qui permettent les régimes ci-dessus peuvent être obtenues assez facilement; en effet, dans un échangeur qui reçoit du liquide qui sort d'un module et est sensiblement aux conditions d'équilibre avec de la vapeur, il suffit de fournir au liquide peu de chaleur pour qu'il commence à bouillir, c'est-à-dire pour que le titre massique devienne supérieur à zéro, et dépasse la valeur minimale. Il suffit de calculer le débit en fonction du flux thermique pour qu'à la sortie de l'échangeur, il n'ait pas été entièrement transformé en phase vapeur, c'est-à-dire que le titre massique soit inférieur à 0,97, et qu'il pénètre dans le module à pression inférieure un mélange liquide-vapeur. De même, en ce qui concerne un module où le fluide condensable cède de la chaleur, il suffit de prévoir qu'avant l'entrée de l'échangeur, on ajoute au liquide une quantité de vapeur suffisante pour qu'elle ne soit totalement condensée qu'au voisinage de la sortie de l'échangeur.
Ainsi, la quasi totalité, ou la totalité, de la surface de l'échangeur travaillera dans les conditions de flux thermique optimal, du côté du fluide condensable.
En général, il n'est pas possible de se placer dans des conditions analogues de l'autre côté de la paroi de l'échangeur, car le fluide qui apporte ou retire de la chaleur n'est pas normalement dans les conditions où il est condensable, mais le problème est beaucoup moins gênant dans la mesure où il ne s'agit pas d'un fluide coûteux, dangereux ou corrosif, ou en quantité très limitée, mais par exemple de l'eau géothermale ou de refroidissement industriel, ou de chauffage.
On peut se demander pourquoi des échangeurs fonctionnant selon les principes ci-dessus, et qui sont déjà connus, ne sont pas plus répandus. Il y a à cela plusieurs raions: l'étude des systèmes diphasiques en cours de transformation est d'une extrême complexité, et les données nécessaires pour le calcul ne sont pas disponibles dans tous les cas; l'intérêt d'un fort coefficient d'échange est beaucoup moins grand dans une chaudière, par exemple, où la différence de température d'un côté à l'autre d'une paroi est de plusieurs centaines de degrés centigrades, que dans une pompe à chaleur, où elle est de quelques degrés seulement; alors que, dans la plupart des cas, une augmentation des pertes de charge est coûteuse en énergie, au contraire des dispositifs auxquels s'applique la présente invention, où la différence de pression de part et d'autre d'un échangeur est imposée, donc gratuite.
La présente invention a pour but un procédé pour fournir ou enlever de la chaleur à un fluide de travail condensable, passant d'une première enceinte où il est dans des conditions de saturation à une seconde enceinte où il est également dans des conditions de saturation mais à une pression et une température plus basses, la chaleur étant fournie ou enlevée au fluide de travail, alors qu'il traverse les tubes d'un échangeur autour desquels circule un fluide caloporteur, apporteur ou extracteur de chaleur, ce procédé présentant, selon l'invention, la particularité qu'on fait passer au moins une partie dudit fluide de travail condensable à travers les tubes dudit échangeur dans des conditions telles qu'il est à l'état diphasique avec un titre massique de 0,03 environ à 0,97 environ sur une partie importante de son trajet, dans l'échangeur, et qu'il subit, au cours de la traversée des tubes, une perte de charge continue qui correspond à la majeure partie de la différence de pression entre la première et la second enceintes.
Quoiqu'on ait parlé ci-dessus des tubes d'un échangeur, il est clair que l'invention s'applique aussi au cas d'un échangeur à tube unique.
Le long de son trajet dans l'échangeur, le fluide de travail condensable peut être soit diphasique avec un titre massique compris entre 0,03 et 0,97, soit à l'état essentiellement gazeux, le titre massique étant supérieur à 0,97 ou égal à 1, soit essentiellement liquide, le titre massique étant inférieur à 0,03 ou nul. Là ou le fluide est essentiellement gazeux, la perte de charge est importante, quoique inférieure à celle observée quand le fluide est diphasique, et le coefficient d'échange thermique est très faible. Cette situation est donc à éviter ou à limiter au maximum.
Là où le fluide est essentiellement liquide, la perte de charge est faible, mais le coefficient d'échange thermique est aussi très faible. Cette situation est moins défavorable que lorsque le fluide est essentiellement gazeux, mais elle correspond à des longueurs de tube quasi inutiles, d'où excès d'investissement et augmentation de l'encombrement.
Etant donné l'importance de la perte de charge dans l'échangeur sous régime diphasique, il est clair que, sauf dispositions spéciales, c'est là que se produit la perte de charge la plus importante entre les deux enceintes, à moins qu'on n'ait prévu des dispositions spéciales contraires, telles qu'un étranglement de la conduite en amont ou en aval de l'échangeur.
Une telle mesure est, évidement, à éviter pour la perte d'énergie qu'elle entraîne, et du fait qu'elle limite d'autant la différence de pression exploitable dans l'échangeur. Toutefois, pour un réglage fin du régime, il est possible de prévoir, en amont ou en aval, une perte de charge peu importante et réglable.
Des régimes diphasiques dans un échangeur existent sans nul doûte en certains points d'échangeurs ou de chaudières, mais jusqu'ici ils n'ont pas été exploités de façon systématique dans des pompes de chaleur à étages, où le fluide passe, sous l'effet de sa pression, d'un module à un autre, et où le liquide est en équilibre avec sa vapeur dans chaque module.
Dans un tel dispositif, pour obtenir le mode de fonctionnement désiré, on doit avoir une corrélation judicieuse entre les divers paramètres, à savoir le flux thermique reçu ou cédé par le fluide de travail condensable, la géométrie de l'échangeur, la perte de charge dans l'échangeur et le débit. Or, il est clair que l'on n'est pas entièrement maître de ces paramètres, les premiers représentant des contraintes extérieures, et les derniers affectant le fonctionnement de toute l'installation, si bien que toute modification de ceux-ci se répercute, en chaîne, sur tous les étages. Ainsi est-il difficile de remédier à des perturbations ou de procéder à la mise en marche.
Il est apparu que le moyen le plus efficace de réguler la marche d'une telle installation était d'agir sur le débit du fluide de travail condensable qui passe à travers les tubes de l'échangeur. Cela implique que, contrairement à l'art antérieur, tout le débit entre deux étages, qui est fixé par d'autres considérations, ne passe pas constamment à travers les tubes du même échangeur, ou les mêmes tubes de l'échangeur; autrement dit, qu'une partie du débit qui est transférée d'une enceinte à l'autre ne passe pas dans l'échangeur et est déviée soit dans un autre échangeur soit dans un conduit où elle subit simplement une perte de charge, correspondant à la différence de pression entre les deux enceintes.
L'invention fournit donc aussi un procédé d'échange de chaleur dans lequel de la chaleur amenée ou enlevée par un fluide caloporteur est utilisée à faire passer un fluide de travail condensable de l'état liquide à l'état vapeur ou inversement, procédé dans lequel on fait circuler les deux fluides dans une série de modules comprenant chacun une enceinte formant un séparateur liquide-gaz où les phases liquide et vapeur du fluide de travail condensable sont sensiblement en équilibre, lesdites enceintes étant à des pressions et températures étagées, la vapeur étant extraite de chaque enceinte, comprimée et envoyée vers le module voisin dans le le sens des pressions croissantes, alors que la phase liquide du fluide de travail condensable passe d'un module à l'autre dans le sens des pressions décroissantes, au moins une partie de ce passage se faisant selon le procédé décrit plus haut, ce procédé présentant la particularité que, pour maintenir les conditions voulues à l'intérieur de l'échangeur, on ne fait passer à travers celui-ci qu'une fraction du fluide de travail condensable qui va d'une enceinte à l'autre, cette fraction étant envoyée à l'échangeur en phase liquide quand de la chaleur est amenée par le fluide caloporteur, et à l'état diphasique quand de la chaleur est enlevée par le fluide caloporteur, une autre fraction du fluide de travail condensable en phase liquide allant d'une enceinte à l'autre dans le sens des pressions décroissante, sans passer par ledit échangeur, et on fait varier la répartition du fluide de travail condensable entre ces deux fractions.
Bien entendu, un tel procédé s'applique au cas du document FR-A-2 352 247 précité, dans lequel la vapeur sortant d'un étage de compression est envoyée dans le module voisin à pression et température plus élevées pour y être remise en contact avec la phase liquide du fluide de travail condensable.
Suivant une modalité avantageuse de l'invention, lorsqu'on désurchauffe, au niveau d'un module, le débit de vapeur du fluide de travail condensable provenant de l'étage voisin à pression et température moins élevées et ayant traversé l'étage du compresseur de ce dernier module, ce qui peut être opéré par mise en contact totale comme dans le procédé du document ci-dessus, soit d'une autre façon, pour opérer cette désurchauffe, on envoie dans ce débit de vapeur au moins une partie du débit du fluide de travail condensable en phase liquide qui n'est pas passé par l'échangeur.
Par ailleurs, suivant une autre modalité avantageuse qui peut se combiner avec la précédente, au moins une partie du débit du fluide de travail condensable en phase liquide qui n'est pas passé par l'échangeur est envoyée dans un éjecteur où on lui fait aspirer au moins une partie de débit du fluide de travail condensable en phase de vapeur venant du module voisin à pression et température moins élevées et ayant traversé l'étage de compresseur correspondant, de façon à surcomprimer et désurchauffer ladite vapeur. Ainsi, l'énergie due à la détente de la phase liquide entre deux modules n'est pas perdue, mais est employée à soulager le compresseur.
Un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention va maintenant être décrit en s'aidant des figures parmi lesquelles:

Fig. 1 représente le schéma d'un module "réchauffé" et
Fig. 2 représente le schéma d'un module "refroidi".

Le dispositif auquel se rapportent les figures, et qui est décrit à titre d'exemple non limitatif, est une pompe à chaleur fonctionnant à l'ammoniac comme fluide de travail condensable, le fluide caloporteur étant soit de l'eau tiède d'origine géothermale ou provenant d'installations industrielles apportant de la chaleur, soit de l'eau destinée au chauffage ou au séchage dans des installations industrielles extrayant de la chaleur.
La pompe à chaleur comprend un certain nombre de "modules", qui sont parcourus par l'ammoniac.
Chaque module comprend, normalement:

- un échangeur 1 dans les tubes duquel circule l'ammoniac, utilisé comme fluide de travail condensable, le fluide caloporteur étant de l'eau apporteuse ou extractrice de chaleur circulant autour des tubes,
- une enceinte 2 formant un séparateur liquide-gaz de type cyclone, susceptible de réaliser une mise en contact des phases liquide et vapeur du fluide de travail condensable et un brassage énergique de ces phases de façon à obtenir une mise rapide en équilibre.
- un étage de compresseur 3, opérant sur la phase vapeur,
- un éjecteur 4, où la phase liquide à pression élevée voit son énergie potentielle transformée en partie en énergie cinétique qui lui sert à entraîner la phase gazeuse.

Certains modules ne sont pas complets; ainsi, le module terminal à plus haute pression ne comporte pas d'échangeur, d'étage de compresseur ni d'éjecteur, alors que, dans le module terminal à pression la plus basse, le séparateur est remplacé par un simple récipient.
L'installation comprend deux types de modules; les uns dits "réchauffes" font l'objet de la figure 1, les autres, dits "refroidis", celui de la figure 2.
Sur les figures, les modules à pression et température plus élevées sont situés à droite, et les modules à pression et température plus basses à gauche. On a désigné par n un module réchauffé, par n - 1 et n + 1 les modules voisins, dans l'ordre de pressions croissantes, et par p - 1, p, p + 1 des modules refroidis, dans le même ordre.
Dans un module n, le compartiment ammoniac de l'échangeur 1 est relié, pour son alimentation, au module n + 1 par une conduite 5 disposée pour l'alimenter essentiellement en phase liquide du fluide de travail condensable à partir du séparateur 2a de ce module, c'est-à-dire débouchant en partie basse de celui-ci. Le compartiment eau est alimenté en eau chaude par une conduite 6, provenant soit de la source, soit d'un étage n + 1 à pression et température plus élevées.
L'eau est ensuite envoyée à l'étage n - 1, où à l'évacuation par une conduite 7.
Dans l'échangeur 1, l'ammoniac reçoit de la chaleur et se vaporise au moins en partie, si bien qu'il en sort un fluide diphasique, ou seulement en phase vapeur, qui est envoyé au séparateur 2 par une conduite 8. Cette conduite peut être supprimée, les tubes de l'échangeur débouchant alors directement dans le séparateur. Comme il a été dit plus haut, il n'est pas avantageux que la vaporisation totale ait lieu dans l'échangeur à une distance importante de la sortie, alors qu'on peut tolérer que le fluide sortant soit diphasique.
Une fraction du fluide de travail condensable en phase liquide sortant du séparateur 2a de l'étage n + 1 est envoyée par une autre conduite 9 dans l'éjecteur 4, sans passer par l'échangeur, et y acquiert une grande vitesse en passant dans une buse d'éjection, puis elle est mi se en contact avec la vapeur provenant de l'étage de compresseur 3b du module n - 1 par la conduite 10. L'éjection se produit avec vaporisation partielle et il sort de l'éjecteur un fluide diphasique à vitesse élevée, dont la vapeur provient à la fois de la conduite 10 et de la vaporisation du fluide de travail condensable en phase liquide amené par la conduite 9. Ce mélange est amené par la conduite 11 dans le séparateur 2 dans lequel il rejoint le fluide diphasique provenant de la conduite 8.
Par le haut du séparateur, la phase gazeuse du fluide de travail condensable est extraite et envoyée à l'étage de compresseur 3, par la conduite 12, alors que, par le bas du séparateur 2, la phase liquide du fluide de travail condensable est envoyée au module n - 1 de la façon indiquée plus haut.
Des vannes, non représentées, permettent de répartir le flux du liquide sortant du séparateur 2a de l'étage n + 1 entre les conduits 5 et 9 de façon à maintenir la fin de la zone de vaporisation dans l'échangeur 1 au voisinage de la sortie.
Un module refroidi 1, tel que représenté à la figure 2, ne diffère d'un module réchauffé que par les points suivants:

le fluide extracteur de chaleur circule dans l'échangeur en sens inverse d'un module réchauffé, c'est-à-dire qu'il arrive par le conduit 7 à partir du module p - 1, et s'en va par le conduit 6 vers le module p + 1.

L'échangeur 1 doit être alimenté en fluide de travail condensable à l'état diphasique à partir du séparateur 2a de l'étage p + 1 et, pour cela, une conduite supplémentaire 13 part du haut du séparateur et rejoint la conduite 5 à l'entrée de l'échangeur 1. Cette conduite 13 est équipée d'une vanne 14; en effet, la quantité de vapeur condensée dans l'échangeur est proportionnelle au flux thermique qui est enlevé par l'eau.
Les autres parties du module sont les mêmes que celles d'un module réchauffé; on doit toutefois observer que la conduite 8, qui relie l'échangeur 1 au séparateur 2, ne doit plus, normalement, être traversée que par du liquide.
Dans les modules d'un type ou d'un autre, les vannes commandant la répartition du débit entre les conduites 5 et 9 sont asservies à un paramètre lié à un régime à l'intérieur de l'échangeur. Un mode de régulation simple est lié à la quantité de liquide présente dans le séparateur.
D'autre part, il n'est pas nécessaire que la totalité de la phase vapeur du fluide de travail condensable venue de l'étage du compresseur 3b soit mise en contact avec la tolalité de la phase liquide du fluide de travail condensable, une partie ou même la totalité de cette phase vapeur peut aller à l'étage de compresseur 3 sans passer par l'éjecteur ou par le séparateur, à condition d'être mise en contact avec une quantité suffisante de phase liquide pour être ramenée aux conditions de saturation, c'est-à-dire désurchauffée. Cette désurchauffe peut être opérée dans le compresseur.
Les modules terminaux présentent des problèmes particuliers: au niveau du "premier" module, c'est-à-dire celui à pression et température les plus basses, le séparateur est en fait remplacé par un simple réservoir, dont le fluide de travail condensable ne sort que sous forme de vapeur. Un envoi de phase liquide n'ayant pas traversé l'échangeur risque de provoquer son engorgement. Dans ce cas, pour la régulation destinée à obtenir le régime convenable dans l'échangeur, il est préférable de prévoir qu'une quantité réglable du fluide de travail condensable en phase liquide est soutirée du réservoir pour être ré-injectée en amont (dans le sens de la circulation du liquide), de l'échangeur le plus proche, à l'aide d'une pompe pour surmonter la différence de pression entre modules.
De même, dans le "dernier" module, à pression et température les plus élevées, la désurchauffe de la vapeur du fluide de travail condensable en provenance du dernier étage de compresseur ne peut être opérée à l'aide de la phase liquide du fluide de travail condensable provenant d'un module supérieur, si bien que le dernier échangeur risque de sortir du régime optimal. Il est préférable de prévoir, pour éviter cet inconvénient, que de la phase liquide, soutirée en aval du dernier échangeur, soit ré-injectée en amont de ce dernier, en quantité réglable à l'aide d'une pompe pour compenser la différence de pression.
Par ailleurs, la présente invention ne fait pas obstacle à la présence, dans la série des modules, de modules "adiabatiques", c'est-à-dire sans échangeur.

Claims

1. Procédé pour fournir ou enlever de la chaleur à un fluide de travail condensable, passant d'une première enceinte (2a) où il est dans des conditions de saturation à une seconde enceinte (2) où il est également dans des conditions de saturation mais à une pression et une température plus basses, la chaleur étant fournie ou enlevée audit fluide de travail condensable alors qu'il traverse les tubes d'un échangeur (1) autour desquels circule un fluid caloporteur, apporteur ou extracteur de la chaleur, caractérisé en ce qu'on fait passer au moins une partie dudit fluide de travail condensable à travers les tubes dudit échangeur (1) dans des conditions telles qu'il est à l'état diphasique avec un titre massique de 0,03 environ à 0,97 environ sur une partie importante de son trajet dans l'échangeur, et qu'il subit, au cours de la traversée des tubes, une perte de charge continue qui correspond à la majeure partie de la différence de pression entre la première et la seconde enceinte.

2. Procédé d'échange de chaleur dans lequel de la chaleur amenée ou enlevée par un fluide caloporteur est utilisée à faire passer un fluide de travail condensable de l'état liquide à l'état vapeur ou inversement, procédé dans lequel on fait circuler les deux fluides dans une série de modules (n, p) comprenant chacun une enceinte (2, 2a) formant un séparateur liquide-gaz où les phases liquide et vapeur du fluide de travail condensable sont sensiblement en équilibre, lesdites enceintes étant à des pressions et températures étagées, la vapeur étant extraite de chaque enceinte, comprimée et envoyée vers le module voisin (n + 1, p + 1) dans le sens des pressions croissantes, alors que la phase liquide du fluide de travail condensable passe d'un module (n, p) à l'autre (n - 1, p - 1) dans le sens des pressions décroissantes, au moins une partie de ce passage se faisant selon le procédé de la revendication 1, caractérisé en ce que, pour maintenir les conditions voulues à l'intérieur de l'échangeur (1), on ne fait passer à travers celui-ci qu'une fraction du débit du fluide de travail condensable qui va d'une enceinte (2a) à l'autre enceinte (2) cette fraction étant envoyée à l'échangeur (1) en phase liquide quand de la chaleur est amenée par le fluide caloporteur, et à l'état diphasique quand de la chaleur est enlevée par le fluide caloporteur, une autre fraction du fluide de travail condensable en phase liquide allant d'une enceinte (2a) à l'autre (2) dans le sens des pressions décroissantes sans passer par ledit échangeur (1), et en ce qu'on fait varier la répartition du fluide de travail condensable entre ces deux fractions.

3. Procédé selon la revendication 2, et dans lequel on désurchauffe, au niveau d'un module, le débit de vapeur provenant du module voisin à pression et température moins élevées et ayant traversé l'étage de compresseur (3b) de ce dernier module, caractérisé en ce que, pour opérer cette désurchauffe, on envoie dans ce débit de vapeur au moins une partie du liquide qui n'est pas passé par l'échangeur (1).

4. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3 caractérisé en ce qu'au moins une partie du débit liquide qui n'est pas passé par l'échangeur (1) est envoyée dans un éjecteur (4) où on lui fait aspirer au moins une partie du débit fluide de travail condensable en phase vapeur venant du module voisin à pression et température moins élevées et ayant traversé l'étage de compresseur (3b) correspondant, de façon à surcomprimer et désurchauffer ladite vapeur.

5. Dispositif d'échange de chaleur mettant en oeuvre le procédé selon la revendication 2 et comportant une série de modules centraux comprenant chacun un échangeur (1), un étage de compresseur (3) et une enceinte (2) de mise en contact des phases liquides et vapeur du fluide de travail condensable; des modules terminaux qui peuvent être de structure différente; ainsi que des conduites (10-12, 5-8) permettant de faire passer de la phase vapeur d'un module à un autre dans le sens des pressions croissantes à travers les étages (3) compresseur, et de la phase liquide dans le sens inverse à travers les échangeurs (1), caractérisé en ce qu'il comprend en outre une conduite (9) permettant de faire passer de la phase liquide d'une enceinte (2a) de mise en contact des phases à une autre enceinte (2) de mise en contact dans le sens des pressions décroissantes sans passer par l'échangeur (1) et des moyens pour commander le rapport entre la fraction du débit de liquide qui passe dans l'échangeur et la fraction du débit de liquide qui passe dans ladite conduite.

6. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que ladite conduite (9) est alimentée essentiellement en phase liquide, alors que le fluide de travail condensable qui entre dans l'échangeur (1) est en phase liquide quand de la chaleur est amenée par le fluide caloporteur et à l'état diphasique quand de la chaleur est enlevée par le fluide caloporteur.

7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que ladite conduite (9) amène ladite fraction du liquide dans un éjecteur (4) disposé pour qu'il y entraîne de la phase gazeuse sortant de l'étage (3b) de compresseur du module voisin, à température et pression moins élevées et en ce que le mélange du liquide et de vapeur est envoyé dans l'enceinte (2) formant un séparateur liquide-gaz.

8. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour soutirer de la phase liquide à partir de la première enceinte (2) de mise en contact des phases liquides et vapeur dans le sens des pressions et températures croissantes, et pour ré-injecter le liquide ainsi soutiré en amont de l'échangeur (1) le plus proche.

9. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour soutirer de la phase liquide en aval de l'échangeur (1) de l'avant-dernier module dans le sens des températures et pressions croissantes, et pour ré-injecter le liquide ainsi soutiré en amont dudit échangeur.

10. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour faire passer de la phase vapeur directement d'un étage (3b) du compresseur au suivant (3) dans l'ordre des pressions croissantes, et des moyens pour injecter de la phase liquide directement dans le compresseur afin de désurchauffer cette phase vapeur.