EP3112793A1 - Dispositif de distribution de film tombant sur un échangeur à plaques comprenant des premier et deuxième étages de distribution - Google Patents

Dispositif de distribution de film tombant sur un échangeur à plaques comprenant des premier et deuxième étages de distribution Download PDF

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EP3112793A1
EP3112793A1 EP16176031.9A EP16176031A EP3112793A1 EP 3112793 A1 EP3112793 A1 EP 3112793A1 EP 16176031 A EP16176031 A EP 16176031A EP 3112793 A1 EP3112793 A1 EP 3112793A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
fluid
openings
wall
distribution stage
overflow
Prior art date
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Granted
Application number
EP16176031.9A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP3112793B1 (fr
Inventor
Guillaume MONTZIEUX
Philippe Bandelier
Philippe LANCEREAU
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F25/00—Component parts of trickle coolers
    • F28F25/02—Component parts of trickle coolers for distributing, circulating, and accumulating liquid
    • F28F25/04—Distributing or accumulator troughs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D3/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium flows in a continuous film, or trickles freely, over the conduits
    • F28D3/04—Distributing arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2245/00—Coatings; Surface treatments
    • F28F2245/02—Coatings; Surface treatments hydrophilic

Definitions

  • the present invention relates to the general field of plate heat exchangers, which are heat exchangers comprising a plurality of plates arranged in the form of millefeuilles and separated from each other by a fluid circulation space. More particularly, it relates to the field of fluid distribution by film falling on a plate heat exchanger.
  • the invention applies to various technical fields of industry, and finds for example applications in the chemical industry, the food industry, air conditioning and refrigeration, the pharmaceutical industry, among others. It can in particular be used for thermochemical reactors, for example for thermochemical storage purposes, or for drift film evaporators, also called falling film evaporators, in particular for the evapo technique.
  • thermochemical reactors for example for thermochemical storage purposes
  • drift film evaporators also called falling film evaporators
  • evapo technique used for example for the food industry or waste management, for example the treatment of effluents, this technique of increasing the concentration of dry matter of a solution by reducing the volume of water or solvent present in this one.
  • the invention proposes a fluid film dispensing device falling on at least one vertical plate of a vertical plate heat exchanger comprising first and second distribution stages, an assembly comprising such a distribution device and a heat exchanger. vertical plate heat, and a method of operating such a dispensing device.
  • Figures 1A and 1B represent respectively in a perspective view and in section along BB of the Figure 1A , the principle of liquid distribution by film falling on a plate of a plate heat exchanger.
  • the distributor 1 allows the formation of a film of liquid FL in contact with the vertical plate 2, on either side of it, falling according to the arrows F2, from a volume liquid L flowing to the plate 2 in contact with the distributor 1 according to the arrows F1.
  • the invention thus aims to at least partially remedy the needs mentioned above and the disadvantages relating to the achievements of the prior art.
  • the invention aims at providing an improved alternative solution of the principle of distribution of a film of fluid falling on a plate heat exchanger.
  • it aims to obtain a falling film of fluid that is uniformly distributed and as thin as possible from the entrance of the film falling on a plate or several parallel plates of the plate heat exchanger.
  • the invention thus aims to be able to distribute the fluid uniformly over the entire width of a plate and on all the plates of the exchanger.
  • the invention it may be possible to define a specific path of the fluid in the form of film falling on the plate heat exchanger, promoting a homogeneous distribution of the fluid and the thinness of the thickness of the falling film.
  • the dispensing device according to the invention may further comprise one or more of the following characteristics taken separately or in any possible technical combinations.
  • the first wall of the first upper distribution stage may advantageously comprise a plurality of first through openings regularly distributed on the first wall.
  • the first through openings may be distributed equidistantly.
  • the second wall of the second lower distribution stage may comprise a plurality of second through-openings distributed evenly over the first wall, in particular equidistantly, and a plurality of guide pieces distributed regularly, in particular equidistantly, in at least partial superposition to the second through openings.
  • transverse offset of the second through openings relative to the first through openings is preferably equal to half the distance separating transversely two first through openings adjacent.
  • the dispensing device and in particular its constituent elements, such as the first container, the plate and / or the second container described above, can be made in various ways, in particular by folding, welding, machining, drilling, electro-erosion and / or molding (sand, lost wax, shell, ...), in particular by injection molding (also called PIM for "Plastic Injection Molding" in English), among others.
  • injection molding also called PIM for "Plastic Injection Molding" in English
  • the first wall of the first upper distribution stage may comprise a plurality of first through openings in the form of through orifices of substantially circular shape.
  • the first wall of the first upper distribution stage may further comprise a plurality of first through-openings in the form of substantially longitudinal through-grooves.
  • the second wall of the second lower distribution stage may comprise a plurality of second through-openings in the form of through-grooves of substantially longitudinal shape.
  • the plate may comprise a plurality of third through openings in the form of through-grooves of substantially longitudinal shape.
  • first wall of the first upper distribution stage may be of planar shape, substantially perpendicular to the direction of flow of the fluid by gravity, so as to allow a flow of the fluid through the first through openings by generating pressure drop.
  • the first wall of the first upper distribution stage may comprise a plurality of first overflow portions between which are formed the first through openings, each first overflow portion having a bottom, in particular a hollow, intended to receive the fluid from means for supplying fluid to the device, this bottom being delimited at less in part by two overflow side walls, thereby each extending from the bottom toward the first adjacent through opening, so as to allow flow of the fluid from the overflow supply means beyond the side walls of the overflow through the first through openings.
  • Each side wall may have, at its end adjacent a first through opening, a flange extending substantially from the side wall in the flow direction by gravity of the fluid.
  • the presence of such a flange can make it possible to avoid any flow of fluid on the lower part of each first overflow portion, in other words under the overflow sidewalls.
  • the second wall of the second lower distribution stage may be of planar shape, substantially perpendicular to the direction of flow of the fluid by gravity, so as to allow a flow of the fluid through the second or through openings by generating loss of charge.
  • the guide piece (s) in fluid flow may be of planar shape, substantially perpendicular to the flow direction of the fluid by gravity, so as to allow flow of the fluid by generating pressure drop.
  • the one or more fluid flow guiding pieces may be in the form of one or more third overflow portions, each third overflow portion having a bottom for receiving the fluid from the first upper distribution stage. said bottom being defined at least in part by two overflow side walls, thereby each extending from the bottom in a direction opposite to the flow direction of the fluid by gravity, so as to allow flow of the fluid from the first upper stage overflow distribution beyond the overflow sidewalls.
  • the second wall of the second lower distribution stage may also comprise a plurality of second overflow portions between which are formed the second through openings, each second overflow portion having a bottom, in particular a hollow, for receiving the fluid. from the first upper distribution stage, this bottom being delimited at least in part by two overflow sidewalls, thus each extending from the bottom towards the second adjacent through opening, so as to allow a flow of fluid from the first upper stage of overflow distribution beyond the overflow sidewalls through the second through openings.
  • the dispensing device may also comprise fluid film thickness control elements falling on said at least one vertical plate configured to restrict the width of the traversing paths, formed on either side of said at least one vertical plate, for controlling the thickness of fluid film falling in contact with said at least one vertical plate, these thickness control elements being in particular secured to the second wall of the second lower distribution stage on the one hand and other each second through opening.
  • the fluid flow guiding part (s) may also be in the form of one or more pressure drop generation components, in particular made from a porous material or a woven fabric, comprising one or more fluid passage channels from the first upper distribution stage for its flow through pressure drops through the second through openings of the second lower distribution stage.
  • first wall of the first upper distribution stage, the second wall of the second lower distribution stage and / or the one or more flow guide parts may be at least partially covered with a wetting surface coating improving the spreading. fluid for a homogeneous distribution.
  • the second wall of the second lower distribution stage and / or the one or more flow guide members may have inverted V-shaped portions for controlling fluid trajectories from the first wall.
  • Each inverted V-shaped portion may in particular comprise an edge forming a vertex from which extend symmetrical inclined surfaces, in particular extended by rise portions for the overflow.
  • the assembly may also comprise means for supplying fluid to the dispensing device, in particular in the form of one or more fluid injection points.
  • the vertical plates of the heat exchanger may be at least partly covered with a wetting surface coating improving the spreading of the fluid for a homogeneous distribution, especially in their portion housed within a second through opening .
  • the dispensing device, the assembly and the method of operation according to the invention may comprise any of the features set forth in the description, taken alone or in any technically possible combination with other characteristics.
  • the figure 2 represents, in perspective, the two sets 10 according to the invention.
  • the figure 3 represents, in partial section, the two sets 10 of the figure 2
  • the figure 4 is a detail view according to V of the figure 3 .
  • the dispensing device 1 comprises a first upper distribution stage 3, for receiving a fluid from the fluid supply means A of the device 1.
  • These fluid supply means A are in particular under the shape of a plurality of injection points A above the dispensing device 1.
  • This first distribution stage 1 comprises a first wall 5, which is pierced with a plurality of first through openings 3a for the passage of the fluid by gravity and for the distribution of the fluid between the vertical plates 2 of the heat exchanger 11.
  • the dispensing device 1 also comprises a second lower distribution stage 4, which is superimposed below the first upper distribution stage 3, when considering the direction of flow F of the fluid by gravity.
  • This second distribution stage 4 makes it possible to receive the fluid having passed through the first through openings 3a of the first distribution stage 3.
  • the second distribution stage 4 comprises a second wall 6, which comprises a plurality of second through openings 4a which are offset transversely relative to the first through openings 3a. More specifically, this transverse offset of the second through openings 4a with respect to the first through openings 3a is equal to half the distance D1 (see the figure 4 ) transversely separating two first through openings 3a adjacent. Thus, each second through opening 4a is superimposed on the median zone between two first through openings 3a.
  • each second through-opening 4a makes it possible to house the upper portions of the vertical plates 2 in the middle. To do this, the largest transverse dimension e of each second through-opening 4a is greater than the largest transverse dimension DP of the vertical plate 2 intended to to be located in this second through opening 4a, as shown in FIG. figure 4 .
  • each second through opening 4a has two through paths C1, C2, formed on either side of the corresponding vertical plate 2, these through paths C1, C2 allowing the passage of FL fluid film falling by gravity from and other and in contact with the corresponding vertical plate 2.
  • the falling film thickness FL is defined by the width of each crossing path C1, C2, in other words by the distance between the inner periphery of the second through opening 4a and the outer periphery of the vertical plate 2.
  • the second lower distribution stage 4 further comprises a plurality of guide pieces 7a flowing fluid arriving at the second distribution stage 4 from the first distribution stage 3.
  • These guide pieces 7a are superimposed at least partially above the second through openings 4a, so that the fluid arriving from the first distribution stage 3, after contact on the top of the second wall 6, flows between the second wall 6 and the underside of the guide pieces 7a, so as to impose a certain thickness to the fluid, to finally flow in the form of fluid film FL ep thickness through the through paths C1, C2 in contact with the vertical plates 2.
  • each vertical plate 2 is fixed to a guide piece 7a, in particular at its center, through which it extends.
  • first through openings 3a of the first wall 5 of the first distribution stage 3 are distributed. regularly (evenly) on the first wall 5.
  • second through openings 4a of the second wall 6 of the second distribution stage 4 are evenly distributed (uniformly) on the second wall 6, and the guide pieces 7a are also distributed. regularly superimposed second through openings 4a.
  • each assembly 10 according to the invention comprising a distribution device 1 according to the invention falling film FL gravity can be stated in three successive steps described below.
  • a general supply of the dispensing device 1 in fluid is carried out through a plurality of injection points A.
  • the fluid is distributed at the first distribution stage 3 to distribute the fluid between each vertical plate 2 by means of the principle of the pressure drop and / or overflow principle described below.
  • the fluid coming from the first distribution stage 3 is distributed at the level of the second distribution stage 4 by means of a principle of pressure drop and / or of a principle of overflow and control of thickness ep of film.
  • this last step promotes homogenization of the distribution of FL fluid film over the width of the vertical plates 2 of the heat exchanger 11 thanks to the cooperation between the guide pieces 7a and the second through openings 4a.
  • it also promotes crushing of the fluid film FL on the width of the vertical plates 2 with a control of the ep thickness of the film.
  • FIG. 5 represents, in perspective, a distribution device 1 according to the invention of one of the two sets 10 of the figure 2
  • the figure 6 is an exploded view of the dispensing device 1 of the figure 5 .
  • the dispensing device 1 thus comprises a first container 12 provided with a bottom forming the first wall 5 comprising a plurality of first openings through 3a.
  • This first container 12 takes particularly the form of a first tray pierced with a plurality of first through openings 3a.
  • These first through openings 3a here take the form of pierced orifices of circular shape.
  • the dispensing device 1 also comprises a plate 13, superimposed under the bottom of the first container 12, and provided with a plurality of third through openings 8a spaced from each other by solid portions of plate thus forming the parts of guide 7a in fluid flow.
  • These third through-openings 8a here take the form of longitudinal grooves pierced in the plate 13.
  • the dispensing device 1 further comprises a second container 14 provided with a bottom, superimposed under the plate 13, forming the second wall 6 comprising a plurality of second through openings 4a.
  • This second container 14 takes particularly the form of a second tray pierced with a plurality of second through openings 4a.
  • These second through openings 4a here take the form of longitudinal grooves pierced in the second wall 6.
  • the first tray 12 is located in the second tray 14 in use of the dispensing device 1.
  • the first container 12 then forms the first distribution stage 3 of the dispensing device 1, while the assembly formed by the plate 13 and the second container 14 forms the second distribution stage 3 of the dispensing device 1.
  • figure 7 represents, in section, this first embodiment of the stages 3 and 4 of the dispensing device 1 according to the invention.
  • the Figures 8 and 9 represent, in their view, two examples of first wall 5 of the first distribution stage 3 of the dispensing device 1.
  • figure 10 is a sectional view according to VII-VII of the figure 7
  • the figure 11 is a view from above of the second wall 6 of the second distribution stage 4 of the distribution device 1.
  • the gravitational film dispensing device 1 may consist of a stack of trays and plates for generating pressure drop, calibrate the thickness of the film to distribute the film uniformly over the width of the vertical plates 2 of the heat exchanger 11.
  • the first wall 5 of the first distribution stage 3 is in this example of planar shape, substantially perpendicular to the flow direction F of the fluid by gravity, so as to allow flow of the fluid through the first through openings 3a by generating loss of charge.
  • the second wall 6 of the second distribution stage 4 is of planar shape, substantially perpendicular to the flow direction F of the fluid by gravity, so as to allow a flow of the fluid through the second through openings 4a by loss generation. charge.
  • the guiding pieces 7a in fluid flow are of planar shape, substantially perpendicular to the direction of flow F of the fluid by gravity, so as to also allow a flow of the fluid by generating pressure drop.
  • first wall 5 of the first distribution stage 3 may comprise first through openings 3a which take the form of through orifices of substantially circular shape.
  • first wall 5 of the first distribution stage 3 may comprise first through openings 3b which take the form of substantially longitudinal through-going grooves.
  • Each first through opening 3a or 3b has a larger transverse dimension a, that is to say a diameter a for a circular orifice 3a or a width a for a groove 3b, and a passage section Sa, as shown on FIG. the figures 7 , 8 and 9 .
  • the first wall 5, for example in sheet form, has a wall thickness b and the second wall 6, for example in sheet form, has a wall thickness d.
  • the second distribution stage 4 has a passage height c of the fluid between the second wall 6 and the guide pieces 7a, with a passage section Sc as shown in FIG. figure 10 .
  • each second through opening 4a has a larger transverse dimension e, in particular a width, with a passage section Se, as shown in FIG. figure 11 .
  • the distance between the first 3 and second 4 distribution stages can be chosen arbitrarily.
  • the second through openings 4a are in the form of through grooves of substantially longitudinal shape.
  • the plate 13 has third through openings 8a in the form of through-grooves of substantially longitudinal shape so as to define the guide pieces 7a.
  • the first through openings 3a or 3b of the first container 12 are preferably dimensioned in number and in diameter a, or width, so as to generate a sufficient pressure drop to ensure a height of fluid in the container 12 and ensure the distribution of the fluid on the entire first surface of the first wall 5.
  • the number of first through openings 3a or 3b is advantageously the largest possible to generate the greatest possible impact near the vertical plates 2 of the heat exchanger 11.
  • the thickness b of the first wall 5 is preferably dimensioned so as to support the weight of the fluid height.
  • the height c (or gap) for the fluid passage between the first container 12 and the plate 13 is preferably as narrow as possible to ensure the filling of the channel formed between a guide means 7a and the second wall portion 6 vis-à-vis this guide means 7a, as well as to control the thickness ep (see figure 4 ) of the film and increase the pressure drop to homogeneously distribute the falling fluid film FL, while preferably maintaining a good flatness and parallelism of the surfaces.
  • the height c is about 0.5 mm.
  • the thickness d of the second wall 6, in contact with the fluid can be chosen so as to promote the spreading of the film by virtue of the capillary forces present.
  • the width e (see figure 4 ) second through openings 4a is preferably the smallest possible to crush the thickness of the film and increase the pressure drop contributing to distribute the fluid uniformly, while keeping sufficient space for the passage of fluid to the vertical plates 2 through C1 and C2 traversing paths.
  • Figures 12, 13 and 14 illustrate the principle of overflow
  • Figures 15 and 16 illustrate the principle of film thickness control
  • Figures 17 and 18 illustrate the principle of the distribution by generation of pressure drop
  • Figure 19 illustrates the principle of wetting surface
  • Figures 20 to 22 illustrate the principle of distribution by control of fluid trajectories.
  • these different examples and distribution principles according to the invention can be combined together in whole or in part.
  • the figure 12 represents, in section, a second embodiment of the stages 3 and 4 of a dispensing device 1 according to the invention, according to the principle of overflow.
  • the second wall 6 of the second distribution stage 4 is of planar shape, substantially perpendicular to the direction of flow F of the fluid by gravity, and the guide pieces 7a in fluid flow. are of planar shape, substantially perpendicular to the direction of flow F of the fluid by gravity.
  • first wall 5 of the first distribution stage 3 comprises a plurality of first overflow portions 15, having a generally V-shape, between which the first through-openings 3b are formed, here in the form of grooves.
  • Each first overflow portion 15 comprises a recess 16 receiving the fluid coming from the fluid supply means A of the device 1.
  • This recess 16 is delimited by two overflow sidewalls 15a and 15b, which thus each extend from the recess 16 towards the first through opening 3b adjacent, so as to allow fluid flow overflow beyond the overflow sidewalls 15a and 15b through the first through openings 3b.
  • the overflow principle makes it possible to extend the distribution of the fluid with the aid of extended slots, thus constituting an improvement with respect to point jets for which the distribution of the fluid remains punctual.
  • the overflow principle thus described in the first distribution stage 3 of the device 1 promotes homogenization of the distribution and compactness of the dispensing device 1 by eliminating the fluid height constraint required to dispense the fluid.
  • each side wall 15a, 15b has, at its end adjacent a first through opening 3b, a flange 17 extending substantially from the side wall 15a, 15b in the direction of flow by gravity of the fluid.
  • the presence of such a rim 17 may make it possible to avoid any flow of fluid on the lower part of each first overflow portion 15, in other words under the overflow sidewalls 15a and 15b.
  • This principle of overflow can also be found at the second distribution stage 4 of the dispensing device 1 according to the invention.
  • Figures 13 and 14 represent, in section, respectively a third exemplary embodiment and a fourth embodiment of the first and second stages of a dispensing device 1 according to the invention.
  • the first wall 5 of the first distribution stage 3 is of planar shape, substantially perpendicular to the direction of flow F of the fluid by gravity.
  • the second wall 6 of the second distribution stage 4 comprises a plurality of second portions of overflow 20, forming overflow bowls, between which are formed the second through openings 4a.
  • each second overflow portion 20 comprises a bottom 21 receiving the fluid from the first distribution stage 3.
  • This bottom 21 is delimited by two overflow sidewalls 20a and 20b, which each extend from the bottom 21 towards the of the second through opening 4a adjacent, so as to allow a flow of the fluid from the first distribution stage 3 overflow beyond the overflow side walls 20a, 20b through the second through openings 4a.
  • each side wall 20a, 20b has at its end adjacent a second through-opening 4a, a flange 17 extending substantially from the side wall 20a, 20b in a direction transverse to the flow direction by gravity of the fluid.
  • guide pieces 7a in fluid flow are of planar shape, substantially perpendicular to the direction of flow F of the fluid by gravity.
  • the guiding pieces 7a in fluid flow are in the form of third overflow portions 18, in the form of cuvettes.
  • Each third overflow portion 18 comprises a bottom 19, receiving the fluid from the first distribution stage 3, this bottom 19 being delimited by two overflow sidewalls 18a and 18b, which each extend from the bottom 19 in the opposite direction to the flow direction F of the fluid by gravity, so as to allow a flow of the fluid from the first distribution stage 3 by overflow beyond the overflow side walls 18a, 18b.
  • first wall 5 of the first distribution stage 3 and the second wall 6 of the second distribution stage 4 are of planar shape, substantially perpendicular to the direction of flow F of the fluid by gravity.
  • the principle of overflow at the level of the second distribution stage 4, at the level of the second wall 6 and / or at the level of the guide pieces 7a, of a distribution device 1 according to the invention makes it possible to absorb the impact of throws or fluid distribution defects at the first distribution stage 3 in order to homogenize the fluid distribution.
  • FIGS. 15 and 16 represent, in cross-section, respectively a fifth exemplary embodiment and a sixth embodiment of the first 3 and second 4 stages of a dispensing device 1 according to the invention, intended to illustrate a principle of thickness control ep film FL fluid falling.
  • the first wall 5 of the first distribution stage 3, the second wall 6 of the second distribution stage 4 and the guide pieces 7a are of planar shape, substantially perpendicular to the flow direction F of the fluid by gravity.
  • the dispensing device 1 further comprises fluid film thickness control elements 22 FL falling on the vertical plates 2.
  • These thickness control elements 22 for example in the form of brackets in section, in bearing against the lower face of the second wall 6 for the fifth embodiment and bearing against the upper face of the second wall 6 for the sixth embodiment, are configured to restrict the width of the traversing paths C1 and C2, formed of on each side of each vertical plate 2, to control the thickness ep of fluid film FL falling in contact with the vertical plates 2.
  • these thickness control elements 22 are fixed to the second wall 6 of the second distribution stage 4 on either side of each second through opening 4a.
  • the control elements 22 may be in one piece with the second wall 6. They may also result from a thickening of the second wall 6, in particular in the form of a plate, close to vertical plates 2.
  • the principle of controlling the ep thickness of the falling FL fluid film is to control the ep thickness of the film so that it is as thin and uniform as possible. By reducing as much as possible the ep thickness of the film, this promotes the homogenization of the distribution of the film on the vertical plates 2 of the heat exchanger 11.
  • the thickness control elements 22 in the form of brackets allow also to avoid the flow of fluid between two adjacent vertical plates 2.
  • Figures 17 and 18 show, in section, respectively a seventh embodiment and an eighth embodiment of the first 3 and second 4 stages of a distribution device 1 according to the invention, intended to illustrate a principle of distribution by generating pressure drop through loss of charge generation components.
  • the first wall 5 of the first distribution stage 3 and the second wall 6 of the second distribution stage 4 are of planar shape, substantially perpendicular to the direction of flow F of the fluid by gravity.
  • the guide pieces 7a in fluid flow are in the form of pressure drop generation components, in particular made from a porous material or a woven fabric.
  • These pressure drop generation components 7a comprise fluid passage channels 23 from the first distribution stage 3 for its flow through the second through openings 4a of the second distribution stage 4.
  • these passage channels 23 are in section in the form of brackets partially conforming to the upper face of the second wall 6 and the side face of the second wall 6 located in each second through opening 4a.
  • these passage channels 23 are in section in the form of vertical channels formed along each vertical plate 2.
  • the principle of the distribution by generation of pressure drop thus consists in using the pressure drop generation components with each one or more passage sections formed by the passage channels 23 which are sufficiently small to have a sufficient fluid height to that the distribution of the film is homogeneous.
  • the pressure drop generation components may be of any type and comprise one or more passage channels 23 as described above, or may be made from a porous material and / or a woven fabric, for example. In the latter case, the pressure drop generation components may not comprise passage channels as described previously.
  • figure 19 represents, in section, a ninth embodiment of the first 3 and second 4 stages of a dispensing device 1 according to the invention, to illustrate a wetting surface distribution principle.
  • the first wall 5 of the first distribution stage 3, the second wall 6 of the second distribution stage 4 and the guide parts 7a are of planar shape, substantially perpendicular to the flow direction F of the fluid. gravity.
  • the upper face and the lateral faces located in the second through openings 4a of the second wall 6 of the second distribution stage 4, as well as the flowing guide pieces 7a are covered with a wetting surface coating 24 improving the spreading the fluid for a homogeneous distribution.
  • the vertical plates 2 of the heat exchanger 11 are also covered with such a wetting surface coating 24 in their part located in a second through opening 4a.
  • the principle of the wetting surface distribution thus makes it possible to structure the surface concerned, in particular by means of a surface treatment, such as sanding, etching, sintered metal, the use of a wetting material, the use of a component with a capillary structure, such as a grooved component, a wire mesh, among others. In this way, it improves the spreading of the fluid on the relevant surfaces in contact with the fluid for an optimal homogeneous distribution of the fluid.
  • figure 20 represents, in section, a tenth exemplary embodiment of the stages 3 and 4 of a distribution device 1 according to the invention, according to the principle of distribution by control of the trajectories of the fluid.
  • the second wall 6 of the second distribution stage 4 is of planar shape, substantially perpendicular to the direction of flow F of the fluid by gravity
  • the first wall 5 of the first distribution stage 3 is also of planar shape, substantially perpendicular to the flow direction F of the fluid by gravity.
  • the guide pieces 7a in fluid flow have a generally inverted V shape, as visible on the figure 20A described below, each being superimposed on a portion of the second wall 6 between two second through openings 4a consecutive.
  • the principle of distribution with control of the fluid trajectories is to promote a circulation of the compartmentalised fluid to reduce the random distributions and to force the flow trajectories.
  • each guide piece 7a forms a component that receives the impact of the fluid F from the first stage 3 and directs it homogeneously over the width of the plates.
  • a component thus compartmentalizes and directs the trajectories of the fluid. It no longer has a horizontal surface but is modified to form two symmetrical inclined surfaces to avoid a division of the flow to the second distribution stage 4 and thus avoid random distributions.
  • the figure 20A represents, in isolation and in perspective, an example of guide piece 7a used in the device of the figure 20 .
  • the guide piece 7a has an inverted V shape with an edge 30 at the top of which two inclined surfaces 31 extend, each extended by a substantially vertical portion 32 intended to be introduced at least partially into a second through opening 4a, in contact with the second wall 6.
  • the guide piece 7a has one or more shims 33, here three wedges 33, extending transversely along the inclined surfaces 31 and substantially vertical portions 32. These shims 33 serve to hold the guide piece 7a between the plates with homogeneous spacing over the width of the plates.
  • the figure 21 represents, in section, an eleventh embodiment of the stages 3 and 4 of a distribution device 1 according to the invention, according to the principle of distribution by control of the fluid trajectories.
  • the first wall 5 is similar to that of the example of the figure 20
  • the guide pieces 7a may be similar to those described with reference to the figure 12 .
  • each portion of the second wall 6, situated between two second through openings 4a, has an edge 30 at the top of which two inclined surfaces 31, here devoid of any extension, depart.
  • figure 22 represents, in section, a twelfth embodiment of the stages 3 and 4 of a distribution device 1 according to the invention, according to the principle of distribution by control of the fluid trajectories.
  • This example advantageously combines the principle of the distribution by control of the trajectories of the fluid with the overflow principle described above with reference to the Figures 12, 13 and 14 . In this way, it is possible to improve the spreading and homogeneous distribution of the fluid film FL over the width of the plate.
  • each portion of the second wall 6 here comprises inclined surfaces 31 each extending at their end by a rising portion for the overflow 34.
  • each inclined surface 31 defines, with its rising portion for the overflow 34 associated , an overflow bowl 35 in which the fluid accumulates after impact on the inclined surface 31 before flowing through a second through opening 4a.

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Abstract

L'objet principal de l'invention est un dispositif (1) de distribution de film de fluide (FL) tombant par gravité sur au moins une plaque verticale (2) d'un échangeur de chaleur (11), comportant : un premier étage de distribution (3) comprenant une première paroi (5) pourvue d'une pluralité de premières ouvertures (3a) pour le passage du fluide ; et un deuxième étage de distribution (4), superposé en dessous du premier étage (3), comprenant une deuxième paroi (6) pourvue de deuxièmes ouvertures (4a) décalées transversalement et logeant ladite au moins une plaque verticale (2), la plus grande dimension transversale de chaque deuxième ouverture (4a) étant supérieure à la plus grande dimension transversale de la plaque verticale (2) pour que chaque deuxième ouverture (4a) comporte deux chemins (C1, C2) de part et d'autre de la plaque (2) pour le passage de film tombant, et comprenant aussi des pièces de guidage (7a) en écoulement.

Description

    DOMAINE TECHNIQUE
  • La présente invention se rapporte au domaine général des échangeurs de chaleur à plaques, lesquels sont des échangeurs de chaleur comprenant une pluralité de plaques disposées en forme de millefeuilles et séparées les unes des autres par un espace de circulation de fluide. Plus particulièrement, elle concerne le domaine de la distribution d'un fluide par film tombant sur un échangeur de chaleur à plaques.
  • L'invention s'applique à différents domaines techniques de l'industrie, et trouve par exemple des applications dans l'industrie chimique, l'industrie agro-alimentaire, la climatisation et la réfrigération, l'industrie pharmaceutique, entre autres. Elle peut notamment être mise en oeuvre pour des réacteurs thermochimiques, par exemple à des fins de stockage thermochimique, ou encore pour des évaporateurs à film ruisselant (ou tombant), encore appelés évaporateurs à flots tombants, en particulier pour la technique de l'évapo-concentration, utilisée par exemple pour l'agro-alimentaire ou la gestion des déchets, par exemple le traitement d'effluents, cette technique consistant à augmenter la concentration en matière sèche d'une solution par diminution du volume d'eau ou de solvant présent dans celle-ci.
  • Ainsi, l'invention propose un dispositif de distribution de film de fluide tombant sur au moins une plaque verticale d'un échangeur de chaleur à plaques verticales comprenant des premier et deuxième étages de distribution, un ensemble comportant un tel dispositif de distribution et un échangeur de chaleur à plaques verticales, ainsi qu'un procédé de fonctionnement d'un tel dispositif de distribution.
    • ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
  • Le principe de distribution d'un liquide par film tombant sur un échangeur de chaleur est connu depuis longtemps. Ainsi, différentes méthodes peuvent être utilisées pour générer un film de liquide tombant, comme par exemple l'aspersion, le jet, l'écoulement gravitaire, entre autres. A titres d'exemples, différents dispositifs de distribution d'un liquide par film tombant sont divulgués dans la demande de brevet européen EP 2 098 285 A1 et dans les demandes internationales WO 2013/035508 A1 et WO 2009/016650 A1 .
  • Plus précisément, la génération d'un film de liquide tombant sur des tubes verticaux ou horizontaux d'échangeurs de chaleur est un principe bien connu. Toutefois, l'art antérieur est beaucoup moins exhaustif quant au principe de génération d'un film de liquide tombant sur des plaques verticales.
  • A titre d'illustrations, les figures 1A et 1B représentent, respectivement selon une vue en perspective et en coupe selon B-B de la figure 1A, le principe de la distribution de liquide par film tombant sur une plaque d'un échangeur de chaleur à plaques.
  • Comme on peut le voir, le distributeur 1 permet la formation d'un film de liquide FL au contact de la plaque verticale 2, de part et d'autre de celle-ci, tombant selon les flèches F2, à partir d'un volume de liquide L s'écoulant vers la plaque 2 au contact du distributeur 1 selon les flèches F1.
  • Or, dans le cadre de ce principe de génération d'un film liquide tombant sur un échangeur de chaleur à plaques verticales, il est nécessaire d'obtenir un film liquide qui soit homogène en tout début de plaque et qui soit également le plus fin possible.
    • EXPOSÉ DE L'INVENTION
  • L'invention a ainsi pour but de remédier au moins partiellement aux besoins mentionnés précédemment et aux inconvénients relatifs aux réalisations de l'art antérieur.
  • En particulier, l'invention vise à proposer une solution alternative améliorée de principe de distribution d'un film de fluide tombant sur un échangeur de chaleur à plaques. Elle a notamment pour but d'obtenir un film de fluide tombant qui soit uniformément réparti et le plus fin possible dès l'entrée du film tombant sur une plaque ou plusieurs plaques parallèles de l'échangeur de chaleur à plaques. L'invention vise ainsi à pouvoir répartir le fluide uniformément sur toute la largeur d'une plaque et sur toutes les plaques de l'échangeur.
  • L'invention a donc pour objet, selon l'un de ses aspects, un dispositif de distribution de film de fluide tombant, notamment de l'eau, par gravité sur au moins une plaque verticale d'un échangeur de chaleur à plaques verticales, caractérisé en ce qu'il comporte au moins :
    • un premier étage supérieur de distribution, destiné à recevoir le fluide provenant de moyens d'alimentation en fluide du dispositif, comprenant une première paroi pourvue d'une pluralité de premières ouvertures traversantes pour le passage du fluide par gravité et pour la répartition du fluide relativement à ladite au moins une plaque verticale,
    • un deuxième étage inférieur de distribution, superposé en dessous du premier étage supérieur de distribution, en considérant le sens d'écoulement du fluide par gravité, et destiné à recevoir le fluide ayant traversé les premières ouvertures traversantes du premier étage supérieur de distribution,
    le deuxième étage inférieur de distribution comprenant une deuxième paroi pourvue d'une ou plusieurs deuxièmes ouvertures traversantes décalées transversalement par rapport aux premières ouvertures traversantes, autrement dit encore non superposées aux premières ouvertures traversantes, et destinées à loger centralement et au moins partiellement ladite au moins une plaque verticale, la plus grande dimension transversale de chaque deuxième ouverture traversante étant choisie pour être supérieure à la plus grande dimension transversale de la plaque verticale destinée à être située dans ladite deuxième ouverture traversante de telle sorte que chaque deuxième ouverture traversante comporte deux chemins traversants, formés de part et d'autre de ladite au moins une plaque verticale, pour le passage de film de fluide tombant par gravité de part et d'autre et au contact de ladite au moins une plaque verticale,
    le deuxième étage inférieur de distribution comprenant en outre une ou plusieurs pièces de guidage en écoulement du fluide arrivant sur le deuxième étage inférieur de distribution depuis le premier étage supérieur de distribution, superposées au moins partiellement au-dessus de la ou des deuxièmes ouvertures traversantes, pour assurer l'écoulement du fluide au contact de ladite au moins une plaque verticale au travers des deux chemins traversants de chaque deuxième ouverture traversante et pour définir au moins en partie l'épaisseur de film de fluide tombant par gravité sur ladite au moins une plaque verticale.
  • Grâce à l'invention, il peut être possible de définir un parcours spécifique du fluide sous forme de film tombant sur l'échangeur de chaleur à plaques, favorisant une répartition homogène du fluide et la finesse d'épaisseur du film tombant.
  • Le dispositif de distribution selon l'invention peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises isolément ou suivant toutes combinaisons techniques possibles.
  • La première paroi du premier étage supérieur de distribution peut avantageusement comporter une pluralité de premières ouvertures traversantes réparties régulièrement sur la première paroi. En particulier, les premières ouvertures traversantes peuvent être réparties de manière équidistante.
  • De même avantageusement, la deuxième paroi du deuxième étage inférieur de distribution peut comporter une pluralité de deuxièmes ouvertures traversantes réparties régulièrement sur la première paroi, en particulier de manière équidistante, et une pluralité de pièces de guidage réparties régulièrement, en particulier de manière équidistante, en superposition au moins partielle aux deuxièmes ouvertures traversantes.
  • Par ailleurs, le décalage transversal de la ou des deuxièmes ouvertures traversantes par rapport aux premières ouvertures traversantes est préférentiellement égal à la moitié de la distance séparant transversalement deux premières ouvertures traversantes adjacentes.
  • En outre, selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif peut comporter :
    • un premier récipient pourvu d'un fond formant la première paroi comprenant une pluralité de premières ouvertures traversantes,
    • une plaque, superposée sous le fond du premier récipient, pourvue d'une pluralité de troisièmes ouvertures traversantes espacées les unes des autres par des portions pleines de plaque formant les pièces de guidage en écoulement du fluide,
    • un deuxième récipient pourvu d'un fond, superposé sous la plaque, formant la deuxième paroi comprenant une pluralité de deuxièmes ouvertures traversantes,
    le premier récipient formant le premier étage supérieur du dispositif et la réunion de la plaque et du deuxième récipient formant le deuxième étage inférieur du dispositif.
  • De façon générale, le dispositif de distribution, et en particulier ses éléments constitutifs, tels que le premier récipient, la plaque et/ou le deuxième récipient décrits ci-dessus, peuvent être réalisés de diverses manières, notamment par pliage, soudage, usinage, perçage, électro-érosion et/ou moulage (sable, cire perdue, coquille, ...), en particulier par moulage par injection (encore appelé PIM pour « Plastic Injection Molding » en anglais), entre autres.
  • De plus, selon une première variante, la première paroi du premier étage supérieur de distribution peut comporter une pluralité de premières ouvertures traversantes sous la forme d'orifices traversants de forme sensiblement circulaire.
  • Selon une deuxième variante, la première paroi du premier étage supérieur de distribution peut encore comporter une pluralité de premières ouvertures traversantes sous la forme de rainures traversantes de forme sensiblement longitudinale.
  • En outre, la deuxième paroi du deuxième étage inférieur de distribution peut comporter une pluralité de deuxièmes ouvertures traversantes sous la forme de rainures traversantes de forme sensiblement longitudinale.
  • De même, la plaque peut comporter une pluralité de troisièmes ouvertures traversantes sous la forme de rainures traversantes de forme sensiblement longitudinale.
  • Par ailleurs, la première paroi du premier étage supérieur de distribution peut être de forme plane, sensiblement perpendiculaire au sens d'écoulement du fluide par gravité, de sorte à permettre un écoulement du fluide au travers des premières ouvertures traversantes par génération de perte de charge.
  • En variante, la première paroi du premier étage supérieur de distribution peut comporter une pluralité de premières portions de débordement entre lesquelles sont formées les premières ouvertures traversantes, chaque première portion de débordement comportant un fond, notamment un creux, destiné à recevoir le fluide provenant de moyens d'alimentation en fluide du dispositif, ce fond étant délimité au moins en partie par deux parois latérales de débordement, s'étendant ainsi chacune depuis le fond en direction de la première ouverture traversante adjacente, de sorte à permettre un écoulement du fluide provenant des moyens d'alimentation par débordement au-delà des parois latérales de débordement au travers des premières ouvertures traversantes.
  • Chaque paroi latérale peut comporter, à son extrémité jouxtant une première ouverture traversante, un rebord s'étendant sensiblement depuis la paroi latérale dans la direction d'écoulement par gravité du fluide.
  • De façon avantageuse, la présence d'un tel rebord peut permettre d'éviter tout écoulement de fluide sur la partie inférieure de chaque première portion de débordement, autrement dit sous les parois latérales de débordement.
  • Par ailleurs, la deuxième paroi du deuxième étage inférieur de distribution peut être de forme plane, sensiblement perpendiculaire au sens d'écoulement du fluide par gravité, de sorte à permettre un écoulement du fluide au travers de la ou des deuxièmes ouvertures traversantes par génération de perte de charge.
  • De même, la ou les pièces de guidage en écoulement du fluide peuvent être de forme plane, sensiblement perpendiculaire au sens d'écoulement du fluide par gravité, de sorte à permettre un écoulement du fluide par génération de perte de charge.
  • En variante, la ou les pièces de guidage en écoulement du fluide peuvent se présenter sous la forme d'une ou plusieurs troisièmes portions de débordement, chaque troisième portion de débordement comportant un fond, destiné à recevoir le fluide provenant du premier étage supérieur de distribution, ce fond étant délimité au moins en partie par deux parois latérales de débordement, s'étendant ainsi chacune depuis le fond en direction opposée au sens d'écoulement du fluide par gravité, de sorte à permettre un écoulement du fluide provenant du premier étage supérieur de distribution par débordement au-delà des parois latérales de débordement.
  • En outre, la deuxième paroi du deuxième étage inférieur de distribution peut encore comporter une pluralité de deuxièmes portions de débordement entre lesquelles sont formées les deuxièmes ouvertures traversantes, chaque deuxième portion de débordement comportant un fond, notamment un creux, destiné à recevoir le fluide provenant du premier étage supérieur de distribution, ce fond étant délimité au moins en partie par deux parois latérales de débordement, s'étendant ainsi chacune depuis le fond en direction de la deuxième ouverture traversante adjacente, de sorte à permettre un écoulement du fluide provenant du premier étage supérieur de distribution par débordement au-delà des parois latérales de débordement au travers des deuxièmes ouvertures traversantes.
  • Par ailleurs, le dispositif de distribution selon l'invention peut également comporter des éléments de contrôle d'épaisseur de film de fluide tombant sur ladite au moins une plaque verticale configurés pour restreindre la largeur des chemins traversants, formés de part et d'autre de ladite au moins une plaque verticale, pour contrôler l'épaisseur de film de fluide tombant au contact de ladite au moins une plaque verticale, ces éléments de contrôle d'épaisseur étant notamment solidarisés à la deuxième paroi du deuxième étage inférieur de distribution de part et d'autre de chaque deuxième ouverture traversante.
  • En outre, la ou les pièces de guidage en écoulement du fluide peuvent encore se présenter sous la forme d'un ou plusieurs composants de génération de perte de charge, notamment réalisés à partir d'un matériau poreux ou d'une toile tissée, comprenant un ou plusieurs canaux de passage du fluide provenant du premier étage supérieur de distribution pour son écoulement par perte de charge au travers des deuxièmes ouvertures traversantes du deuxième étage inférieur de distribution.
  • De plus, la première paroi du premier étage supérieur de distribution, la deuxième paroi du deuxième étage inférieur de distribution et/ou la ou les pièces de guidage en écoulement peuvent être recouvertes au moins partiellement d'un revêtement de surface mouillante améliorant l'étalement du fluide pour une distribution homogène.
  • En outre, la deuxième paroi du deuxième étage inférieur de distribution et/ou la ou les pièces de guidage en écoulement peuvent comporter des portions en forme de V inversé pour contrôler les trajectoires du fluide provenant de la première paroi.
  • Chaque portion en forme de V inversé peut en particulier comporter une arête formant sommet à partir de laquelle s'étendent des surfaces inclinées symétriques, notamment prolongées par des portions de remontée pour le débordement.
  • Par ailleurs, l'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un ensemble, caractérisé en ce qu'il comporte :
    • un échangeur de chaleur à plaques verticales,
    • un dispositif de distribution tel que défini précédemment de film de fluide tombant par gravité sur au moins une plaque verticale de l'échangeur de chaleur.
  • L'ensemble peut encore comporter des moyens d'alimentation en fluide du dispositif de distribution, se présentant notamment sous la forme d'un ou plusieurs points d'injection de fluide.
  • En outre, les plaques verticales de l'échangeur de chaleur peuvent être au moins en partie recouvertes d'un revêtement de surface mouillante améliorant l'étalement du fluide pour une distribution homogène, notamment dans leur portion logée au sein d'une deuxième ouverture traversante.
  • L'invention a aussi pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de fonctionnement d'un dispositif de distribution tel que défini précédemment de film de fluide tombant par gravité sur au moins une plaque verticale d'un échangeur de chaleur à plaques verticales, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes successives suivantes :
    • alimenter le dispositif de distribution en fluide, notamment par le biais d'un ou plusieurs points d'injection,
    • distribuer le fluide au niveau du premier étage supérieur de distribution du dispositif pour répartir le fluide relativement à ladite au moins une plaque verticale par le biais d'un principe de perte de charge et/ou de débordement,
    • distribuer le fluide provenant du premier étage supérieur de distribution du dispositif au niveau du deuxième étage inférieur de distribution par le biais d'un principe de perte de charge et/ou de débordement et de contrôle d'épaisseur de film de fluide tombant pour permettre l'homogénéisation à épaisseur prédéterminée de film de fluide tombant au contact de ladite au moins une plaque verticale.
  • Le dispositif de distribution, l'ensemble et le procédé de fonctionnement selon l'invention peuvent comporter l'une quelconque des caractéristiques énoncées dans la description, prises isolément ou selon toutes combinaisons techniquement possibles avec d'autres caractéristiques.
    • BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
  • L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs de celle-ci, ainsi qu'à l'examen des figures, schématiques et partielles, du dessin annexé, sur lequel :
    • les figures 1A et 1B représentent, respectivement selon une vue en perspective et en coupe selon B-B de la figure 1A, le principe de la distribution de liquide par film tombant sur une plaque d'un échangeur de chaleur à plaques,
    • la figure 2 représente, en perspective, un exemple de deux ensembles comprenant chacun un échangeur de chaleur à plaques verticales et un dispositif de distribution conforme à l'invention,
    • la figure 3 représente, en coupe partielle, l'exemple des deux ensembles conformes à l'invention de la figure 2,
    • la figure 4 est une vue de détails selon V de la figure 3,
    • la figure 5 représente, en perspective, un dispositif de distribution conforme à l'invention d'un des deux ensembles de la figure 2,
    • la figure 6 est une vue éclatée du dispositif de distribution de la figure 5,
    • la figure 7 représente, en coupe, un premier exemple de réalisation des étages d'un dispositif de distribution conforme à l'invention,
    • les figures 8 et 9 représentent, en vue de dessus, deux exemples de première paroi d'un premier étage de distribution d'un dispositif de distribution conforme à l'invention comprenant des premières ouvertures traversantes,
    • la figure 10 est une vue en coupe selon VII-VII de la figure 7,
    • la figure 11 est une vue de dessus de la deuxième paroi du deuxième étage de distribution du dispositif de distribution de la figure 7,
    • la figure 12 représente, en coupe, un deuxième exemple de réalisation des étages d'un dispositif de distribution conforme à l'invention,
    • la figure 13 représente, en coupe, un troisième exemple de réalisation des étages d'un dispositif de distribution conforme à l'invention,
    • la figure 14 représente, en coupe, un quatrième exemple de réalisation des étages d'un dispositif de distribution conforme à l'invention,
    • la figure 15 représente, en coupe, un cinquième exemple de réalisation des étages d'un dispositif de distribution conforme à l'invention,
    • la figure 16 représente, en coupe, un sixième exemple de réalisation des étages d'un dispositif de distribution conforme à l'invention,
    • la figure 17 représente, en coupe, un septième exemple de réalisation des étages d'un dispositif de distribution conforme à l'invention,
    • la figure 18 représente, en coupe, un huitième exemple de réalisation des étages d'un dispositif de distribution conforme à l'invention,
    • la figure 19 représente, en coupe, un neuvième exemple de réalisation des étages d'un dispositif de distribution conforme à l'invention,
    • la figure 20 représente, en coupe, un dixième exemple de réalisation des étages d'un dispositif de distribution conforme à l'invention,
    • la figure 20A représente, de façon isolée et en perspective, un exemple de pièce de guidage utilisée dans le dispositif de distribution de la figure 20,
    • la figure 21 représente, en coupe, un onzième exemple de réalisation des étages d'un dispositif de distribution conforme à l'invention, et
    • la figure 22 représente, en coupe, un douzième exemple de réalisation des étages d'un dispositif de distribution conforme à l'invention.
  • Dans l'ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues.
  • De plus, les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.
    • EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
  • Les figures 1A et 1B ont déjà été décrites précédemment dans la partie relative à l'état de la technique antérieure et au contexte technique de l'invention.
  • En référence aux figures 2 à 4, on a représenté un exemple de deux ensembles 10 adjacents, comprenant chacun un échangeur de chaleur 11 à plaques verticales 2 et un dispositif de distribution 1 conforme à l'invention de film de fluide FL tombant par gravité sur les plaques verticales 2 de l'échangeur de chaleur 11.
  • Plus précisément, la figure 2 représente, en perspective, les deux ensembles 10 conformes à l'invention. La figure 3 représente, en coupe partielle, les deux ensembles 10 de la figure 2, et la figure 4 est une vue de détails selon V de la figure 3.
  • Conformément à l'invention, le dispositif de distribution 1 comporte un premier étage supérieur de distribution 3, permettant de recevoir un fluide provenant de moyens d'alimentation A en fluide du dispositif 1. Ces moyens d'alimentation A en fluide se présentent notamment sous la forme d'une pluralité de points d'injection A au-dessus du dispositif de distribution 1.
  • Ce premier étage de distribution 1 comporte une première paroi 5, laquelle est percée d'une pluralité de premières ouvertures traversantes 3a pour le passage du fluide par gravité et pour la répartition du fluide entre les plaques verticales 2 de l'échangeur de chaleur 11.
  • De plus, le dispositif de distribution 1 comporte également un deuxième étage inférieur de distribution 4, qui est superposé en dessous du premier étage supérieur de distribution 3, lorsque l'on considère le sens d'écoulement F du fluide par gravité. Ce deuxième étage de distribution 4 permet de recevoir le fluide ayant traversé les premières ouvertures traversantes 3a du premier étage de distribution 3.
  • Avantageusement, le deuxième étage de distribution 4 comporte une deuxième paroi 6, laquelle comprend une pluralité de deuxièmes ouvertures traversantes 4a qui sont décalées transversalement par rapport aux premières ouvertures traversantes 3a. Plus précisément, ce décalage transversal des deuxièmes ouvertures traversantes 4a par rapport aux premières ouvertures traversantes 3a est égal à la moitié de la distance D1 (voir la figure 4) séparant transversalement deux premières ouvertures traversantes 3a adjacentes. Ainsi, chaque deuxième ouverture traversante 4a est superposée à la zone médiane entre deux premières ouvertures traversantes 3a.
  • Ces deuxièmes ouvertures traversantes 4a permettent de loger en leur milieu les parties supérieures des plaques verticales 2. Pour ce faire, la plus grande dimension transversale e de chaque deuxième ouverture traversante 4a est supérieure à la plus grande dimension transversale DP de la plaque verticale 2 destinée à être située dans cette deuxième ouverture traversante 4a, comme le montre la figure 4.
  • De cette façon, chaque deuxième ouverture traversante 4a comporte deux chemins traversants C1, C2, formés de part et d'autre de la plaque verticale 2 correspondante, ces chemins traversants C1, C2 permettant le passage de film de fluide FL tombant par gravité de part et d'autre et au contact de cette plaque verticale 2 correspondante. Ainsi, l'épaisseur de film tombant FL est définie par la largeur de chaque chemin traversant C1, C2, autrement dit par la distance entre le pourtour interne de la deuxième ouverture traversante 4a et le pourtour externe de la plaque verticale 2.
  • Par ailleurs, le deuxième étage inférieur de distribution 4 comporte encore une pluralité de pièces de guidage 7a en écoulement du fluide arrivant sur le deuxième étage de distribution 4 depuis le premier étage de distribution 3.
  • Ces pièces de guidage 7a sont superposées au moins partiellement au-dessus des deuxièmes ouvertures traversantes 4a, de sorte que le fluide arrivant du premier étage de distribution 3, après contact sur le dessus de la deuxième paroi 6, s'écoule entre la deuxième paroi 6 et le dessous des pièces de guidage 7a, de sorte à imposer une certaine épaisseur au fluide, pour finalement s'écouler sous la forme de film de fluide FL d'épaisseur ep au travers des chemins traversants C1, C2 au contact des plaques verticales 2.
  • De plus, comme on peut le voir sur les figures 3 et 4, chaque plaque verticale 2 est fixée à une pièce de guidage 7a, en particulier en son milieu, au travers de laquelle elle s'étend.
  • En outre, de façon avantageuse, il faut noter que les premières ouvertures traversantes 3a de la première paroi 5 du premier étage de distribution 3 sont réparties régulièrement (uniformément) sur la première paroi 5. De même, les deuxièmes ouvertures traversantes 4a de la deuxième paroi 6 du deuxième étage de distribution 4 sont réparties régulièrement (uniformément) sur la deuxième paroi 6, et les pièces de guidage 7a sont aussi réparties régulièrement en superposition des deuxièmes ouvertures traversantes 4a.
  • Le principe de fonctionnement de chaque ensemble 10 conforme à l'invention comportant un dispositif de distribution 1 selon l'invention de film tombant FL par gravité peut être énoncé en trois étapes successives décrites ci-après.
  • Tout d'abord, on réalise une alimentation générale du dispositif de distribution 1 en fluide par le biais d'une pluralité de points d'injection A.
  • Puis, on distribue le fluide au niveau du premier étage de distribution 3 pour répartir le fluide entre chaque plaque verticale 2 par le biais du principe de la perte de charge et/ou du principe de débordement décrits par la suite.
  • Enfin, on distribue le fluide provenant du premier étage de distribution 3 au niveau du deuxième étage de distribution 4 par le biais d'un principe de perte de charge et/ou d'un principe de débordement et de contrôle d'épaisseur ep de film de fluide FL tombant pour permettre l'homogénéisation à épaisseur prédéterminée de film de fluide FL tombant au contact des plaques verticales 2. Autrement dit, cette dernière étape favorise l'homogénéisation de la répartition du film de fluide FL sur la largeur des plaques verticales 2 de l'échangeur de chaleur 11 grâce à la coopération entre les pièces de guidage 7a et les deuxièmes ouvertures traversantes 4a. De plus, elle favorise également l'écrasement du film de fluide FL sur la largeur des plaques verticales 2 avec un contrôle de l'épaisseur ep de film.
  • On a maintenant représenté en référence aux figures 5 et 6 un exemple de réalisation de dispositif de distribution 1 conforme à l'invention. Plus particulièrement, la figure 5 représente, en perspective, un dispositif de distribution 1 conforme à l'invention d'un des deux ensembles 10 de la figure 2, et la figure 6 est une vue éclatée du dispositif de distribution 1 de la figure 5.
  • Le dispositif de distribution 1 comporte ainsi un premier récipient 12 pourvu d'un fond formant la première paroi 5 comprenant une pluralité de premières ouvertures traversantes 3a. Ce premier récipient 12 prend tout particulièrement la forme d'un premier bac percé d'une pluralité de premières ouvertures traversantes 3a. Ces premières ouvertures traversantes 3a prennent ici la forme d'orifices percés de forme circulaire.
  • De plus, le dispositif de distribution 1 comporte aussi une plaque 13, superposée sous le fond du premier récipient 12, et pourvue d'une pluralité de troisièmes ouvertures traversantes 8a espacées les unes des autres par des portions pleines de plaque formant ainsi les pièces de guidage 7a en écoulement du fluide. Ces troisièmes ouvertures traversantes 8a prennent ici la forme de rainures longitudinales percées dans la plaque 13.
  • Enfin, le dispositif de distribution 1 comporte encore un deuxième récipient 14 pourvu d'un fond, superposé sous la plaque 13, formant la deuxième paroi 6 comprenant une pluralité de deuxièmes ouvertures traversantes 4a. Ce deuxième récipient 14 prend tout particulièrement la forme d'un deuxième bac percé d'une pluralité de deuxièmes ouvertures traversantes 4a. Ces deuxièmes ouvertures traversantes 4a prennent ici la forme de rainures longitudinales percées dans la deuxième paroi 6.
  • Comme on peut le voir sur la figure 5, le premier bac 12 est situé dans le deuxième bac 14 en cours d'utilisation du dispositif de distribution 1.
  • Le premier récipient 12 forme alors le premier étage de distribution 3 du dispositif de distribution 1, tandis que l'ensemble formé par la plaque 13 et le deuxième récipient 14 forme le deuxième étage de distribution 3 du dispositif de distribution 1.
  • En référence aux figures 7 à 11, on va maintenant décrire un premier exemple de réalisation des premier 3 et deuxième 4 étages de distribution d'un dispositif de distribution 1 conforme à l'invention, en précisant certaines grandeurs géométriques importantes.
  • Plus précisément, la figure 7 représente, en coupe, ce premier exemple de réalisation des étages 3 et 4 du dispositif de distribution 1 conforme à l'invention. Les figures 8 et 9 représentent quant à elles, en vue de dessus, deux exemples de première paroi 5 du premier étage de distribution 3 du dispositif de distribution 1. La figure 10 est une vue en coupe selon VII-VII de la figure 7, et la figure 11 est une vue de dessus de la deuxième paroi 6 du deuxième étage de distribution 4 du dispositif de distribution 1.
  • Comme décrit précédemment en référence aux figures 5 et 6, le dispositif de distribution 1 de film tombant par gravité peut se composer d'un empilement de bacs et de plaques pour générer de la perte de charge, calibrer l'épaisseur du film pour répartir le film uniformément sur la largeur des plaques verticales 2 de l'échangeur de chaleur 11.
  • Comme représenté sur la figure 7, la première paroi 5 du premier étage de distribution 3 est dans cet exemple de forme plane, sensiblement perpendiculaire au sens d'écoulement F du fluide par gravité, de sorte à permettre un écoulement du fluide au travers des premières ouvertures traversantes 3a par génération de perte de charge.
  • De plus, la deuxième paroi 6 du deuxième étage de distribution 4 est de forme plane, sensiblement perpendiculaire au sens d'écoulement F du fluide par gravité, de sorte à permettre un écoulement du fluide au travers les deuxièmes ouvertures traversantes 4a par génération de perte de charge.
  • Enfin, les pièces de guidage 7a en écoulement du fluide sont de forme plane, sensiblement perpendiculaire au sens d'écoulement F du fluide par gravité, de sorte à permettre également un écoulement du fluide par génération de perte de charge.
  • En outre, comme représenté sur la figure 8, la première paroi 5 du premier étage de distribution 3 peut comporter des premières ouvertures traversantes 3a qui prennent la forme d'orifices traversants de forme sensiblement circulaire. En variante, comme représenté sur la figure 9, la première paroi 5 du premier étage de distribution 3 peut comporter des premières ouvertures traversantes 3b qui prennent la forme de rainures traversantes de forme sensiblement longitudinale.
  • Chaque première ouverture traversante 3a ou 3b présente une plus grande dimension transversale a, c'est-à-dire un diamètre a pour un orifice circulaire 3a ou une largeur a pour une rainure 3b, et une section de passage Sa, telles que représentées sur les figures 7, 8 et 9.
  • Par ailleurs, comme représenté sur la figure 7, la première paroi 5, par exemple sous forme de tôle, présente une épaisseur de paroi b et la deuxième paroi 6, par exemple sous forme de tôle, présente une épaisseur de paroi d. De plus, le deuxième étage de distribution 4 présente une hauteur de passage c du fluide entre la deuxième paroi 6 et les pièces de guidage 7a, avec une section de passage Sc comme représenté sur la figure 10.
  • En outre, chaque deuxième ouverture traversante 4a présente une plus grande dimension transversale e, notamment une largeur, avec une section de passage Se, comme représenté sur la figure 11. La distance séparant les premier 3 et deuxième 4 étages de distribution peut être choisie de façon arbitraire.
  • Par ailleurs, de façon préférentielle, et comme cela se retrouve pour tous les exemples de réalisation selon l'invention décrits ici, les deuxièmes ouvertures traversantes 4a se présentent sous la forme de rainures traversantes de forme sensiblement longitudinale. De plus, la plaque 13 comporte des troisièmes ouvertures traversantes 8a sous la forme de rainures traversantes de forme sensiblement longitudinale de façon à définir les pièces de guidage 7a.
  • Les premières ouvertures traversantes 3a ou 3b du premier récipient 12 sont préférentiellement dimensionnées en nombre et en diamètre a, ou largeur, de façon à générer une perte de charge suffisante pour garantir une hauteur de fluide dans le récipient 12 et assurer la répartition du fluide sur toute la surface de la première paroi 5. Le nombre de premières ouvertures traversantes 3a ou 3b est avantageusement le plus grand possible pour générer le plus d'impacts possibles à proximité des plaques verticales 2 de l'échangeur de chaleur 11.
  • Par ailleurs, l'épaisseur b de la première paroi 5 est préférentiellement dimensionnée de telle sorte à supporter le poids de la hauteur de fluide. De même, la hauteur c (ou écartement) pour le passage de fluide entre le premier récipient 12 et la plaque 13 est avantageusement la plus étroite possible pour assurer le remplissage du canal formé entre un moyen de guidage 7a et la portion de deuxième paroi 6 en vis-à-vis de ce moyen de guidage 7a, ainsi que pour contrôler l'épaisseur ep (voir figure 4) du film et augmenter la perte de charge pour distribuer de façon homogène le film de fluide tombant FL, tout en gardant préférentiellement une bonne planéité et un parallélisme des surfaces. A titre d'exemple, pour un débit en fluide d'environ 4573 L/h/m2, la hauteur c est d'environ 0,5 mm.
  • En outre, l'épaisseur d de la deuxième paroi 6, en contact avec le fluide, peut être choisie de façon à favoriser l'étalement du film grâce aux forces capillaires présentes. De plus, la largeur e (voir figure 4) des deuxièmes ouvertures traversantes 4a est préférentiellement la plus faible possible pour écraser l'épaisseur du film et augmenter la perte de charge contribuant à distribuer uniformément le fluide, tout en gardant un espace suffisant pour le passage du fluide vers les plaques verticales 2 au travers des chemins traversants C1 et C2.
  • En référence aux figures 12 à 22, on va maintenant décrire d'autres exemples de réalisation de l'invention, présentant des variantes de réalisation des premier et deuxième étages de distribution d'un dispositif de distribution 1 conforme à l'invention. Plus précisément, les figures 12, 13 et 14 illustrent le principe du débordement, les figures 15 et 16 illustrent le principe du contrôle d'épaisseur de film, les figures 17 et 18 illustrent le principe de la distribution par génération de perte de charge, la figure 19 illustre le principe de la distribution par surface mouillante, et les figures 20 à 22 illustrent le principe de la distribution par contrôle des trajectoires du fluide. Bien entendu, ces différents exemples et principes de distribution selon l'invention peuvent être combinés ensemble en totalité ou en partie.
  • Ainsi, la figure 12 représente, en coupe, un deuxième exemple de réalisation des étages 3 et 4 d'un dispositif de distribution 1 conforme à l'invention, selon le principe de débordement.
  • Dans cet exemple, comme pour le premier exemple décrit précédemment, la deuxième paroi 6 du deuxième étage de distribution 4 est de forme plane, sensiblement perpendiculaire au sens d'écoulement F du fluide par gravité, et les pièces de guidage 7a en écoulement du fluide sont de forme plane, sensiblement perpendiculaire au sens d'écoulement F du fluide par gravité.
  • En revanche, la première paroi 5 du premier étage de distribution 3 comporte une pluralité de premières portions de débordement 15, présentant une forme générale de V, entre lesquelles sont formées les premières ouvertures traversantes 3b, ici sous forme de rainures.
  • Chaque première portion de débordement 15 comporte un creux 16 recevant le fluide provenant de moyens d'alimentation A en fluide du dispositif 1. Ce creux 16 est délimité par deux parois latérales de débordement 15a et 15b, qui s'étendent ainsi chacune depuis le creux 16 en direction de la première ouverture traversante 3b adjacente, de sorte à permettre un écoulement du fluide par débordement au-delà des parois latérales de débordement 15a et 15b au travers des premières ouvertures traversantes 3b.
  • Avantageusement ici, le principe du débordement permet d'étendre la répartition du fluide à l'aide de fentes étendues, constituant ainsi une amélioration par rapport à des jets ponctuels pour lesquels la répartition du fluide reste ponctuelle.
  • Le principe de débordement ainsi décrit au premier étage de distribution 3 du dispositif 1 favorise une homogénéisation de la distribution et une compacité du dispositif de distribution 1 en supprimant la contrainte d'hauteur de fluide nécessaire pour distribuer le fluide.
  • Par ailleurs, chaque paroi latérale 15a, 15b comporte, à son extrémité jouxtant une première ouverture traversante 3b, un rebord 17 s'étendant sensiblement depuis la paroi latérale 15a, 15b dans la direction d'écoulement par gravité du fluide.
  • De façon avantageuse, la présence d'un tel rebord 17 peut permettre d'éviter tout écoulement de fluide sur la partie inférieure de chaque première portion de débordement 15, autrement dit sous les parois latérales de débordement 15a et 15b.
  • Ce principe de débordement peut également se retrouver au niveau du deuxième étage de distribution 4 du dispositif de distribution 1 selon l'invention.
  • Ainsi, les figures 13 et 14 représentent, en coupe, respectivement un troisième exemple de réalisation et un quatrième exemple de réalisation des premier et deuxième étages d'un dispositif de distribution 1 conforme à l'invention.
  • Ainsi, dans ces deux exemples, tout comme pour l'exemple de la figure 7, la première paroi 5 du premier étage de distribution 3 est de forme plane, sensiblement perpendiculaire au sens d'écoulement F du fluide par gravité.
  • En revanche, pour le troisième exemple de la figure 13, la deuxième paroi 6 du deuxième étage de distribution 4 comporte une pluralité de deuxièmes portions de débordement 20, formant des cuvettes de débordement, entre lesquelles sont formées les deuxièmes ouvertures traversantes 4a.
  • Plus précisément, chaque deuxième portion de débordement 20 comporte un fond 21 recevant le fluide provenant du premier étage de distribution 3. Ce fond 21 est délimité par deux parois latérales de débordement 20a et 20b, qui s'étendent chacune depuis le fond 21 en direction de la deuxième ouverture traversante 4a adjacente, de sorte à permettre un écoulement du fluide provenant du premier étage de distribution 3 par débordement au-delà des parois latérales de débordement 20a, 20b au travers des deuxièmes ouvertures traversantes 4a.
  • De plus, comme décrit précédemment en référence à la figure 12, chaque paroi latérale 20a, 20b comporte, à son extrémité jouxtant une deuxième ouverture traversante 4a, un rebord 17 s'étendant sensiblement depuis la paroi latérale 20a, 20b dans une direction transversale à la direction d'écoulement par gravité du fluide.
  • Par ailleurs, les pièces de guidage 7a en écoulement du fluide sont de forme plane, sensiblement perpendiculaire au sens d'écoulement F du fluide par gravité.
  • Au contraire, dans le quatrième exemple de réalisation de la figure 14, les pièces de guidage 7a en écoulement du fluide se présentent sous la forme de troisièmes portions de débordement 18, sous forme de cuvettes. Chaque troisième portion de débordement 18 comporte un fond 19, recevant le fluide provenant du premier étage de distribution 3, ce fond 19 étant délimité par deux parois latérales de débordement 18a et 18b, qui s'étendent chacune depuis le fond 19 en direction opposée au sens d'écoulement F du fluide par gravité, de sorte à permettre un écoulement du fluide provenant du premier étage de distribution 3 par débordement au-delà des parois latérales de débordement 18a, 18b.
  • Par ailleurs, la première paroi 5 du premier étage de distribution 3 et la deuxième paroi 6 du deuxième étage de distribution 4 sont de forme plane, sensiblement perpendiculaire au sens d'écoulement F du fluide par gravité.
  • Le principe du débordement au niveau du deuxième étage 4 de distribution, au niveau de la deuxième paroi 6 et/ou au niveau des pièces de guidage 7a, d'un dispositif de distribution 1 selon l'invention permet d'absorber l'impact de jets ou de défauts de répartition de fluide au niveau du premier étage 3 de distribution afin d'homogénéiser la répartition de fluide.
  • Les figures 15 et 16 représentent, en coupe, respectivement un cinquième exemple de réalisation et un sixième exemple de réalisation des premier 3 et deuxième 4 étages d'un dispositif de distribution 1 conforme à l'invention, visant à illustrer un principe de contrôle d'épaisseur ep de film de fluide FL tombant.
  • Dans ces cinquième et sixième exemples de réalisation, la première paroi 5 du premier étage de distribution 3, la deuxième paroi 6 du deuxième étage de distribution 4 et les pièces de guidage 7a sont de forme plane, sensiblement perpendiculaire au sens d'écoulement F du fluide par gravité.
  • Néanmoins, dans ces cinquième et sixième exemples des figures 15 et 16, le dispositif de distribution 1 comporte en plus des éléments de contrôle d'épaisseur 22 de film de fluide FL tombant sur les plaques verticales 2. Ces éléments de contrôle d'épaisseur 22, par exemple sous la forme d'équerres en coupe, en appui contre la face inférieure de la deuxième paroi 6 pour le cinquième exemple de réalisation et en appui contre la face supérieure de la deuxième paroi 6 pour le sixième exemple de réalisation, sont configurés pour restreindre la largeur des chemins traversants C1 et C2, formés de part et d'autre de chaque plaque verticale 2, pour contrôler l'épaisseur ep de film de fluide FL tombant au contact des plaques verticales 2. Pour ce faire, ces éléments de contrôle d'épaisseur 22 sont fixés à la deuxième paroi 6 du deuxième étage de distribution 4 de part et d'autre de chaque deuxième ouverture traversante 4a. Il est à noter, qu'en variante, les éléments de contrôle 22 peuvent être d'une seule pièce avec la deuxième paroi 6. Ils peuvent aussi résulter d'un épaississement de la deuxième paroi 6, notamment sous forme de plaque, à proximité des plaques verticales 2.
  • Ainsi, le principe du contrôle de l'épaisseur ep du film de fluide FL tombant consiste à maîtriser l'épaisseur ep du film pour qu'il soit le plus fin et le plus uniforme possible. En réduisant le plus possible l'épaisseur ep du film, cela favorise l'homogénéisation de la distribution du film sur les plaques verticales 2 de l'échangeur de chaleur 11. Les éléments de contrôle d'épaisseur 22 sous la forme d'équerres permettent également d'éviter l'écoulement de fluide entre deux plaques verticales 2 adjacentes.
  • En outre, les figures 17 et 18 représentent, en coupe, respectivement un septième exemple de réalisation et un huitième exemple de réalisation des premier 3 et deuxième 4 étages d'un dispositif de distribution 1 conforme à l'invention, visant à illustrer un principe de distribution par génération de perte de charge par le biais de composants de génération de perte de charge.
  • Dans ces sixième et septième exemples de réalisation, la première paroi 5 du premier étage de distribution 3 et la deuxième paroi 6 du deuxième étage de distribution 4 sont de forme plane, sensiblement perpendiculaire au sens d'écoulement F du fluide par gravité.
  • Néanmoins, les pièces de guidage 7a en écoulement du fluide se présentent sous la forme de composants de génération de perte de charge, notamment réalisés à partir d'un matériau poreux ou d'une toile tissée.
  • Ces composants de génération de perte de charge 7a comprennent des canaux de passage 23 du fluide provenant du premier étage de distribution 3 pour son écoulement par perte de charge au travers des deuxièmes ouvertures traversantes 4a du deuxième étage de distribution 4.
  • Dans le septième exemple de réalisation de la figure 17, ces canaux de passage 23 se présentent en coupe sous la forme d'équerres épousant partiellement la face supérieure de la deuxième paroi 6 et la face latérale de la deuxième paroi 6 située dans chaque deuxième ouverture traversante 4a. Dans le huitième exemple de réalisation de la figure 18, ces canaux de passage 23 se présentent en coupe sous la forme de canaux verticaux formés le long de chaque plaque verticale 2.
  • Le principe de la distribution par génération de perte de charge consiste ainsi à utiliser les composants de génération de perte de charge avec chacun une ou plusieurs sections de passage formées par les canaux de passage 23 qui soient suffisamment réduites pour avoir une hauteur de fluide suffisante pour que la distribution du film soit homogène.
  • Les composants de génération de perte de charge peuvent être de tout type et comporter un ou plusieurs canaux de passage 23 tels que décrits précédemment, ou encore être réalisés à partir d'un matériau poreux et/ou d'une toile tissée, par exemple. Dans ce dernier cas, les composants de génération de perte de charge peuvent ne pas comporter de canaux de passage tels que décrits auparavant.
  • En outre, la figure 19 représente, en coupe, un neuvième exemple de réalisation des premier 3 et deuxième 4 étages d'un dispositif de distribution 1 conforme à l'invention, visant à illustrer un principe de distribution par surface mouillante.
  • Dans ce neuvième exemple de réalisation, la première paroi 5 du premier étage de distribution 3, la deuxième paroi 6 du deuxième étage de distribution 4 et les pièces de guidage 7a sont de forme plane, sensiblement perpendiculaire au sens d'écoulement F du fluide par gravité.
  • Cependant, la face supérieure et les faces latérales situées dans les deuxièmes ouvertures traversantes 4a de la deuxième paroi 6 du deuxième étage de distribution 4, ainsi que les pièces de guidage 7a en écoulement sont recouvertes d'un revêtement de surface mouillante 24 améliorant l'étalement du fluide pour une distribution homogène.
  • De plus, les plaques verticales 2 de l'échangeur de chaleur 11 sont également recouvertes d'un tel revêtement de surface mouillante 24 dans leur partie située dans une deuxième ouverture traversante 4a.
  • Le principe de la distribution par surface mouillante permet ainsi de structurer la surface concernée, notamment par le biais d'un traitement de surface, tel que sablage, attaque chimique, métal fritté, l'utilisation d'un matériau mouillant, l'utilisation d'un composant à structure capillaire, tel qu'un composant rainuré, une toile métallique, entre autres. De cette façon, cela améliore l'étalement du fluide sur les surfaces concernées en contact avec le fluide pour une distribution homogène optimale du fluide.
  • Par ailleurs, la figure 20 représente, en coupe, un dixième exemple de réalisation des étages 3 et 4 d'un dispositif de distribution 1 conforme à l'invention, selon le principe de de la distribution par contrôle des trajectoires du fluide.
  • Dans cet exemple, la deuxième paroi 6 du deuxième étage de distribution 4 est de forme plane, sensiblement perpendiculaire au sens d'écoulement F du fluide par gravité, et la première paroi 5 du premier étage de distribution 3 est également de forme plane, sensiblement perpendiculaire au sens d'écoulement F du fluide par gravité.
  • En revanche, les pièces de guidage 7a en écoulement du fluide présentent une forme générale de V inversé, comme visible sur la figure 20A décrite par la suite, chacune étant superposée à une portion de la deuxième paroi 6 située entre deux deuxièmes ouvertures traversantes 4a consécutives.
  • Le principe de la distribution avec contrôle des trajectoires du fluide consiste à favoriser une circulation du fluide compartimentée pour réduire les distributions aléatoires et forcer les trajectoires d'écoulement.
  • Ainsi, chaque pièce de guidage 7a forme un composant qui réceptionne l'impact du fluide F venant du premier étage 3 et qui le dirige de façon homogène sur la largeur des plaques. Un tel composant compartimente ainsi et dirige les trajectoires du fluide. Il n'a plus une surface horizontale mais se trouve modifié pour former deux surfaces inclinées symétriques afin d'éviter une division de l'écoulement au deuxième étage 4 de distribution et d'éviter ainsi les distributions aléatoires.
  • La figure 20A représente, de façon isolée et en perspective, un exemple de pièce de guidage 7a utilisée dans le dispositif de la figure 20.
  • Comme on peut le voir sur cette figure, la pièce de guidage 7a présente une forme de V inversé avec une arête 30 au sommet de laquelle partent deux surfaces inclinées 31, prolongées chacune par une portion sensiblement verticale 32 destinée à être introduite au moins partiellement dans une deuxième ouverture traversante 4a, au contact de la deuxième paroi 6.
  • De plus, la pièce de guidage 7a comporte une ou plusieurs cales 33, ici trois cales 33, s'étendant transversalement le long des surfaces inclinées 31 et des portions sensiblement verticales 32. Ces cales 33 permettent de maintenir la pièce de guidage 7a entre les plaques avec un espacement homogène sur la largeur des plaques.
  • Le principe de composant permettant de compartimenter et de diriger les trajectoires du fluide, comme illustré sur la figure 20 avec les pièces de guidage 7a, peut être simplifié en réduisant le nombre de pièces et en gardant la géométrie utile, et être appliqué à la deuxième paroi 6 comme illustré sur les figures 21 et 22.
  • Ainsi, la figure 21 représente, en coupe, un onzième exemple de réalisation des étages 3 et 4 d'un dispositif de distribution 1 conforme à l'invention, selon le principe de de la distribution par contrôle des trajectoires du fluide.
  • Dans cet exemple, la première paroi 5 est semblable à celle de l'exemple de la figure 20, et les pièces de guidages 7a peuvent être semblables à celles décrites en référence à la figure 12.
  • Par contre, la deuxième paroi 6 se présente ici sous la forme d'une pluralité de portions ayant une forme générale de V inversé. Comme pour la pièce de guidage 7a décrite en référence à la figure 20A, chaque portion de la deuxième paroi 6, située entre deux deuxièmes ouvertures traversantes 4a, comporte une arête 30 au sommet de laquelle partent deux surfaces inclinées 31, ici dépourvues d'un quelconque prolongement.
  • En outre, la figure 22 représente, en coupe, un douzième exemple de réalisation des étages 3 et 4 d'un dispositif de distribution 1 conforme à l'invention, selon le principe de de la distribution par contrôle des trajectoires du fluide.
  • Cet exemple combine avantageusement le principe de la distribution par contrôle des trajectoires du fluide avec le principe de débordement décrit précédemment en référence aux figures 12, 13 et 14. De cette façon, il est possible d'améliorer l'étalement et la répartition homogène du film de fluide FL sur la largeur de la plaque.
  • Ainsi, en complément des caractéristiques décrites en référence à la figure 21, chaque portion de la deuxième paroi 6 comporte ici des surfaces inclinées 31 se prolongeant chacune à leur extrémité par une portion de remontée pour le débordement 34. De cette façon, chaque surface inclinée 31 définit, avec sa portion de remontée pour le débordement 34 associée, une cuvette de débordement 35 dans lequel le fluide s'accumule après impact sur la surface inclinée 31 avant de s'écouler par le biais d'une deuxième ouverture traversante 4a.
  • Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits. Diverses modifications peuvent y être apportées par l'homme du métier.

Claims (16)

  1. Dispositif (1) de distribution de film de fluide (FL) tombant par gravité sur au moins une plaque verticale (2) d'un échangeur de chaleur (11) à plaques verticales (2), caractérisé en ce qu'il comporte au moins :
    - un premier étage supérieur de distribution (3), destiné à recevoir le fluide provenant de moyens d'alimentation (A) en fluide du dispositif (1), comprenant une première paroi (5) pourvue d'une pluralité de premières ouvertures traversantes (3a, 3b) pour le passage du fluide par gravité et pour la répartition du fluide relativement à ladite au moins une plaque verticale (2),
    - un deuxième étage inférieur de distribution (4), superposé en dessous du premier étage supérieur de distribution (3), en considérant le sens d'écoulement (F) du fluide par gravité, et destiné à recevoir le fluide ayant traversé les premières ouvertures traversantes (3a, 3b) du premier étage supérieur de distribution (3),
    le deuxième étage inférieur de distribution (4) comprenant une deuxième paroi (6) pourvue d'une ou plusieurs deuxièmes ouvertures traversantes (4a) décalées transversalement par rapport aux premières ouvertures traversantes (3a, 3b) et destinées à loger centralement et au moins partiellement ladite au moins une plaque verticale (2), la plus grande dimension transversale (e) de chaque deuxième ouverture traversante (4a) étant choisie pour être supérieure à la plus grande dimension transversale (DP) de la plaque verticale (2) destinée à être située dans ladite deuxième ouverture traversante (4a) de telle sorte que chaque deuxième ouverture traversante (4a) comporte deux chemins traversants (C1, C2), formés de part et d'autre de ladite au moins une plaque verticale (2), pour le passage de film de fluide (FL) tombant par gravité de part et d'autre et au contact de ladite au moins une plaque verticale (2),
    le deuxième étage inférieur de distribution (4) comprenant en outre une ou plusieurs pièces de guidage (7a) en écoulement du fluide arrivant sur le deuxième étage inférieur de distribution (4) depuis le premier étage supérieur de distribution (3), superposées au moins partiellement au-dessus de la ou des deuxièmes ouvertures traversantes (4a), pour assurer l'écoulement du fluide au contact de ladite au moins une plaque verticale (2) au travers des deux chemins traversants (C1, C2) de chaque deuxième ouverture traversante (4a) et pour définir au moins en partie l'épaisseur (ep) de film de fluide (FL) tombant par gravité sur ladite au moins une plaque verticale (2),
    la première paroi (5) du premier étage supérieur de distribution (3) comportant notamment une pluralité de premières ouvertures traversantes (3a, 3b) réparties régulièrement sur la première paroi (5) et la deuxième paroi (6) du deuxième étage inférieur de distribution (4) comportant notamment une pluralité de deuxièmes ouvertures traversantes (4a) réparties régulièrement sur la première paroi (5) et une pluralité de pièces de guidage (7a) réparties régulièrement en superposition au moins partielle aux deuxièmes ouvertures traversantes (4a).
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le décalage transversal de la ou des deuxièmes ouvertures traversantes (4a) par rapport aux premières ouvertures traversantes (3a, 3b) est égal à la moitié de la distance (D1) séparant transversalement deux premières ouvertures traversantes (3a, 3b) adjacentes.
  3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte :
    - un premier récipient (12) pourvu d'un fond formant la première paroi (5) comprenant une pluralité de premières ouvertures traversantes (3a, 3b),
    - une plaque (13), superposée sous le fond du premier récipient (12), pourvue d'une pluralité de troisièmes ouvertures traversantes (8a) espacées les unes des autres par des portions pleines de plaque formant les pièces de guidage (7a) en écoulement du fluide,
    - un deuxième récipient (14) pourvu d'un fond, superposé sous la plaque (13), formant la deuxième paroi (6) comprenant une pluralité de deuxièmes ouvertures traversantes (4a),
    le premier récipient (12) formant le premier étage supérieur (3) du dispositif (1) et la réunion de la plaque (13) et du deuxième récipient (14) formant le deuxième étage inférieur (3) du dispositif (1),
    la plaque (13) comportant notamment une pluralité de troisièmes ouvertures traversantes (8a) sous la forme de rainures traversantes de forme sensiblement longitudinale.
  4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première paroi (5) du premier étage supérieur de distribution (3) comporte une pluralité de premières ouvertures traversantes (3a) sous la forme d'orifices traversants de forme sensiblement circulaire ou une pluralité de premières ouvertures traversantes (3b) sous la forme de rainures traversantes de forme sensiblement longitudinale.
  5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième paroi (6) du deuxième étage inférieur de distribution (4) comporte une pluralité de deuxièmes ouvertures traversantes (4a) sous la forme de rainures traversantes de forme sensiblement longitudinale.
  6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première paroi (5) du premier étage supérieur de distribution (3) est de forme plane, sensiblement perpendiculaire au sens d'écoulement (F) du fluide par gravité, de sorte à permettre un écoulement du fluide au travers des premières ouvertures traversantes (3a, 3b) par génération de perte de charge.
  7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la première paroi (5) du premier étage supérieur de distribution (3) comporte une pluralité de premières portions de débordement (15) entre lesquelles sont formées les premières ouvertures traversantes (3a, 3b), chaque première portion de débordement (15) comportant un fond (16), notamment un creux, destiné à recevoir le fluide provenant de moyens d'alimentation (A) en fluide du dispositif (1), ce fond (16) étant délimité au moins en partie par deux parois latérales de débordement (15a, 15b), s'étendant ainsi chacune depuis le fond (16) en direction de la première ouverture traversante (3a, 3b) adjacente, de sorte à permettre un écoulement du fluide provenant des moyens d'alimentation (A) par débordement au-delà des parois latérales de débordement (15a, 15b) au travers des premières ouvertures traversantes (3a, 3b),
    chaque paroi latérale (15a, 15b) comportant notamment, à son extrémité jouxtant une première ouverture traversante (3a, 3b), un rebord (17) s'étendant sensiblement depuis la paroi latérale (15a, 15b) dans la direction d'écoulement par gravité du fluide.
  8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième paroi (6) du deuxième étage inférieur de distribution (4) est de forme plane, sensiblement perpendiculaire au sens d'écoulement (F) du fluide par gravité, de sorte à permettre un écoulement du fluide au travers de la ou des deuxièmes ouvertures traversantes (4a) par génération de perte de charge.
  9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou les pièces de guidage (7a) en écoulement du fluide sont de forme plane, sensiblement perpendiculaire au sens d'écoulement (F) du fluide par gravité, de sorte à permettre un écoulement du fluide par génération de perte de charge,
    ou en ce que la ou les pièces de guidage (7a) en écoulement du fluide se présentent sous la forme d'une ou plusieurs troisièmes portions de débordement (18), chaque troisième portion de débordement (18) comportant un fond (19), destiné à recevoir le fluide provenant du premier étage supérieur de distribution (3), ce fond (19) étant délimité au moins en partie par deux parois latérales de débordement (18a, 18b), s'étendant ainsi chacune depuis le fond (19) en direction opposée au sens d'écoulement (F) du fluide par gravité, de sorte à permettre un écoulement du fluide provenant du premier étage supérieur de distribution (3) par débordement au-delà des parois latérales de débordement (18a, 18b).
  10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, hormis la revendication 8, caractérisé en ce que la deuxième paroi (6) du deuxième étage inférieur de distribution (4) comporte une pluralité de deuxièmes portions de débordement (20) entre lesquelles sont formées les deuxièmes ouvertures traversantes (4a), chaque deuxième portion de débordement (20) comportant un fond (21), notamment un creux, destiné à recevoir le fluide provenant du premier étage supérieur de distribution (3), ce fond (21) étant délimité au moins en partie par deux parois latérales de débordement (20a, 20b), s'étendant ainsi chacune depuis le fond (21) en direction de la deuxième ouverture traversante (4a) adjacente, de sorte à permettre un écoulement du fluide provenant du premier étage supérieur de distribution (3) par débordement au-delà des parois latérales de débordement (20a, 20b) au travers des deuxièmes ouvertures traversantes (4a).
  11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des éléments de contrôle d'épaisseur (22) de film de fluide (FL) tombant sur ladite au moins une plaque verticale (2) configurés pour restreindre la largeur des chemins traversants (C1, C2), formés de part et d'autre de ladite au moins une plaque verticale (2), pour contrôler l'épaisseur (ep) de film de fluide (FL) tombant au contact de ladite au moins une plaque verticale (2), ces éléments de contrôle d'épaisseur (22) étant notamment solidarisés à la deuxième paroi (6) du deuxième étage inférieur de distribution (4) de part et d'autre de chaque deuxième ouverture traversante (4a).
  12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, hormis la revendication 9, caractérisé en ce que la ou les pièces de guidage (7a) en écoulement du fluide se présentent sous la forme d'un ou plusieurs composants de génération de perte de charge, notamment réalisés à partir d'un matériau poreux ou d'une toile tissée, comprenant un ou plusieurs canaux de passage (23) du fluide provenant du premier étage supérieur de distribution (3) pour son écoulement par perte de charge au travers des deuxièmes ouvertures traversantes (4a) du deuxième étage inférieur de distribution (4).
  13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première paroi (5) du premier étage supérieur de distribution (3), la deuxième paroi (6) du deuxième étage inférieur de distribution (4) et/ou la ou les pièces de guidage (7a) en écoulement sont recouvertes au moins partiellement d'un revêtement de surface mouillante (24) améliorant l'étalement du fluide pour une distribution homogène.
  14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième paroi (6) du deuxième étage inférieur de distribution (4) et/ou la ou les pièces de guidage (7a) en écoulement comportent des portions en forme de V inversé pour contrôler les trajectoires du fluide (F) provenant de la première paroi (5),
    chaque portion en forme de V inversé comportant notamment une arête (30) formant sommet à partir de laquelle s'étendent des surfaces inclinées (31) symétriques, notamment prolongées par des portions de remontée pour le débordement (34).
  15. Ensemble (10), caractérisé en ce qu'il comporte :
    - un échangeur de chaleur (11) à plaques verticales (2),
    - un dispositif (1) de distribution selon l'une quelconque des revendications précédentes de film de fluide (FL) tombant par gravité sur au moins une plaque verticale (2) de l'échangeur de chaleur (11),
    l'ensemble comportant notamment des moyens d'alimentation (A) en fluide du dispositif (1) de distribution, se présentant notamment sous la forme d'un ou plusieurs points d'injection (A) de fluide,
    les plaques verticales (2) de l'échangeur de chaleur (11) étant notamment au moins en partie recouvertes d'un revêtement de surface mouillante (24) améliorant l'étalement du fluide pour une distribution homogène, notamment dans leur portion logée au sein d'une deuxième ouverture traversante (4a).
  16. Procédé de fonctionnement d'un dispositif (1) de distribution selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 de film de fluide (FL) tombant par gravité sur au moins une plaque verticale (2) d'un échangeur de chaleur (11) à plaques verticales (2), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes successives suivantes :
    - alimenter le dispositif (1) de distribution en fluide, notamment par le biais d'un ou plusieurs points d'injection (A),
    - distribuer le fluide au niveau du premier étage supérieur de distribution (3) du dispositif (1) pour répartir le fluide relativement à ladite au moins une plaque verticale (2) par le biais d'un principe de perte de charge et/ou de débordement,
    - distribuer le fluide provenant du premier étage supérieur de distribution (3) du dispositif (1) au niveau du deuxième étage inférieur de distribution (4) par le biais d'un principe de perte de charge et/ou de débordement et de contrôle d'épaisseur (ep) de film de fluide (FL) tombant pour permettre l'homogénéisation à épaisseur prédéterminée de film de fluide (FL) tombant au contact de ladite au moins une plaque verticale (2).
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