FR2562438A1 - Appareil d'evaporation a tube oscillant et repartiteur de fluide - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES APPAREILS D'EVAPORATION A TUBE OSCILLANT. ELLE SE RAPPORTE A UN APPAREIL DANS LEQUEL DES TUBES 7 AYANT UN AXE CENTRAL 507 OSCILLANT AUTOUR D'UN AXE 508 SANS TOURNER SUR EUX-MEMES. PENDANT CETTE OSCILLATION, UNE TIGE DE FOUETTEMENT 500 EST REPOUSSEE PAR LA FORCE CENTRIFUGE CONTRE LA PAROI INTERNE DU TUBE ET Y FORME UN TRES MINCE FILM QUI FACILITE UNE EVAPORATION RAPIDE. EN OUTRE, LA TIGE 500 RACLE LES DEPOTS QUI POURRAIENT RESTER EN PRESENCE DE LIQUIDE CONTENANT DES SOLUTES. APPLICATION AUX APPAREILS D'EVAPORATION UTILISES POUR LE DESSALEMENT DE L'EAU DE MER.

Description

La présente invention concerne de façon générale un appareil d'évaporation

et de distillation du type à tube oscillant décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 230 529. Plus précisément, elle concerne un tel appareil perfectionné d'évaporation ou de distil- lation qui comporte aussi une tige de fouettement qui étale le courant de fluide introduit en un très mince film régulier. On peut utiliser un appareil connu d'évaporation ou de distillation pour la concentration par extraction d'une partie du liquide (par exemple du jus d'orange), pour le dessalement par condensation de la vapeur d'eau,

ou pour la distillation, par séparation des divers ingré-

dients d'un fluide (par exemple dans un mélange d'alcool et d'eau). Dans toutes ces applications, l'évaporation (ou la condensation) du fluide s'effectue essentiellement

à l'interface du liquide et de sa vapeur alors que l'éner-

qie nécessaire est fournie par une source de chaleur à travers la paroi du récipient et parvient aussi au liquide puis est transmise par le liquide à l'interface afin

que l'évaporation soit entretenue.

Bien que le principe fondamental de la distilla-

tion de l'eau de mer ou d'autres fluides, avec ou sans compression de vapeur, ne soit pas nouveau, les systèmes classiques de distillation, par exemple les systèmes de distillation éclair à plusieurs étages, nécessitent une quantité d'énergie considérable pour le chauffage des fluides et l'entraînement des compresseurs. En outre, il existe un gradient de température important à chaque étage, limitant le nombre d'étages utilisables pour une élévation donnée de température ou pour une quantité

donnée d'énergie fournie. C-ci limite de manière correspon-

dante le débit qui peut être obtenu. En outre, les appareil-

lages d'évaporation éclair à plusieurs étages sont coûteux

à l'installation.

On connaît aussi des systèmes à film descendant qui comportent des buses formant une fine pulvérisation qui constitue un mince film descendant de fluide sur le côté d'un tube vertical ou horizontal qui est fixe. Ces systèmes à film descendant ont réduit les investissements nécessaires et donnent un meilleur rendement que les systèmes à distillation éclair à plusieurs étages. Cepen-

dant, ils ne se sont pas révélés comme étant très fiables.

Un problème est dû au fait que le fluide est appliqué sur une surface de transfert de chaleur par un certain nombre de petites buses qui présentent souvent des défauts de fonctionnement. En outre, il n'existe aucun dispositif assurant une répartition régulière positive du mince film, et le nettoyage des dépôts qui se forment sur les

tubes au cours de l'évaporation pose un problème.

L'invention est destinée à réduire la quantité d'énergie nécessaire et en conséquence à réduire les coûts de fonctionnement d'un appareil d'évaporation ou

de distillation.

Elle est aussi destinée à réduire la résistance thermique imposée au film fluide qui s'évapore et à réduire

les différences de température.

Elle concerne aussi la répartition mécanique positive du fluide sous forme d'un film très mince et régulier sans que l'introduction du fluide dans le tube

soit perturbée.

Elle concerne aussi le réglage de l'accumulation des dépôts et autres résidus que laisse l'évaporation

sur la surface de transfert de chaleur.

Elle concerne aussi un dispositif de répartition mécanique présentant les avantages indiqués et qui peut aussi constituer un élément d'un circuit de distribution

de fluide.

Elle concerne aussi un appareil d'évaporation ou de distillation possédant les avantages précédents et qui est mécaniquement simple, dont le coût est faible, dont la fiabilité est grande et dont la durée d'utilisation

est relativement longue.

Un appareil d'évaporation ou de distillation selon l'invention comporte des tubes oscillants à parois minces destinés à assurer l'évaporation d'un fluide qui s'écoule à l'intérieur des tubes oscillants, l'énergie thermique étant fournie par condensation du courant de vapeur qui entoure la surface externe des tubes. Les condensats qui forment des gouttelettes en dehors des tubes sont chassés par le mouvement d'oscillation et projetés entre

les tubes afin que la condensation soit encore activée.

Ainsi, le mouvement d'oscillation du tube, analogue au mouvement circulaire du thé dans une tasse oscillante, réduit la difference de température entre la vapeur qui se trouve en dehors des tubes et la vapeur qui se trouve à l'intérieur. En conséquence, il faut moins d'énergie ou moins d'appareillage pour un travail donné qu'avec un appareillage classique. Des interconnexions convenables de circulation de vapeur ou de fluide avec le circuit

voulu d'évaporation ou de distillation sont assurées.

Une tige de fouettement est placée dans chaque tube. Le mouvement d'oscillation du tube provoque un glissement de la tige de fouettement à la surface interne du tube et un étalement du fluide qui pénètre dans les tubes sous forme d'un film très mince qui s'accroche à la surface interne et qui est réparti uniformément sur toute la longueur du tube. Dans un mode de réalisation préféré, la tige de fouettement comporte un tronçon d'une matière d'âme flexible, par exemple un câble métallique à plusieurs brins. La partie du câble qui étale le fluide est recouverte d'une gaine tubulaire. La gaine peut être un tronçon continu d'un matériau élastique tel qu'un caoutchouc de silicone. Un autre mode de réalisation de gaine peut être constitué par un jeu d'organes tubulaires

séparés d'un matériau non élastique, tel qu'unecéramique.

Le matériau de gaine est choisi afin qu'il résiste à l'abrasion continue au cours du fonctionnement et de manière qu'il retire les dépôts lorsqu'ils s'accumulent à la surface interne. La tige de fouettement est suffisamment rigide pour qu'elle reste dressée dans le tube lorsque celuici n'oscille pas, mais elle est suffisamment souple pour qu'elle prenne une orientation générale verticale

parallèle à l'axe d'oscillation pendant le fonctionnement.

La tige de fouettement est aussi suffisamment flexible pour que la force centrifuge due à la rotation permette à la tige de se conformer aux petites irrégularités de

surface de l'intérieur en formant un film uniforme.

En outre, dans son mode de réalisation préféré,

la tige de fouettement est fixée à une base, à son extré-

mité inférieure. Lorsque la base est un organe fixe de référence, par exemple d'une partie d'une enceinte externe, le point d'ancrage est de préférence au niveau de l'axe d'oscillation ou à proximité de cet axe. Lorsque la base oscille avec les tubes, le point d'ancrage se trouve

de préférence sur l'axe vertical du tube ou à proximité.

Dans un mode de réalisation préférés, l'extrémité inférieure de la tige de fouettement est-fixée afin qu'elle ne puisse pas tourner autour de son propre axe longitudinal. Latige de fouettement a une flexibilité suffisante dans sa partie inférieure, entre le tube et le point d'ancrage, pour qu'elle constitue un joint universel. De préférence, un tube de renforcement entoure une partie de l'âme flexible

dans cette partie inférieure de la tige de fouettement.

Le joint universel permet à la tige de fouettement de tourner dans le tube sur la surface interne de celui-ci, sous l'action du mouvement d'oscillation. La tige de fouettement peut aussi être montée sur un joint universel réel porté par la base. Dans un autre mode de réalisation, la tige de fouettement est montée afin qu'elle puisse pivoter autour de la base, bien que cette caractéristique ne donne pas une usure régulière. La tige de fouettement peut avoir un2 section non circulaire dans un mode de réalisation préféré avec un arrangement convenable de montage. Dans d'autres modes de réalisation, la tige de fouettement est un organe en une seule pièce ou un tube souple. Lorsqu'il s'agit d'un élément creux, du fluide à évaporer peut être transmis sous pression à la partie inférieure de la tige de fouettement. La pression est réglée de manière que, lors du fonctionnement normal, un courant régulier de fluide soit chassé à l'extrémité supérieure de la tige de fouettement, à la surface interne. Lorsque le récipient oscille avec le tube, le circuit de distribution de fluide peut comprendre un tube et une tête de distribution montée sur le récipient au-dessus du tube, sous une forme centrée sur ce tube. La force centrifuge due au mouvement d'oscillation dirige alors le courant de fluide introduit dans le tube en coopération avec la tige de fouettement mais sans couplage mécanique entre le circuit de distribution de fluide et le tube oscillant.

D'autres caractéristiques et avantages de l'inven-

tion ressortiront mieux de la description qui va suivre,

faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue en plan d'un évaporateur oscillant; la figure 2 est une élévation latérale avec des parties arrachées d'un évaporateur oscillant;

la figure 3 est une vue en plan de deux évapora-

teurs oscillants concentriques, donnant un équilibre dynamique; la figure 4 est une vue schématique de bout de l'appareil dans le cas de fluide très visqueux;

la figure 5 est une élévation latérale de l'appa-

reil de la figure 4; la figure 6 est une coupe en élévation latérale avec des parties arrachées d'un tube oscillant et d'un

répartiteur de fluide à tige de fouettement selon l'inven-

tion, monté dans le tube; la figure 7 est une vue en plan du tube oscillant et de la tige de fouettement de la figure 6; la figure 8 est une coupe détaillée de la tige

de fouettement des figures 6 et 7, et elle indique l'inter-

action du courant de fluide introduit et de la tige lors de la formation d'un très mince film uniforme de fluide à la surface interne du tube; la figure 9 est une coupe verticale simplifiée d'un système à tige de fouettement "montée au centre" du type général représenté sur les figures 6 et 8, mais dans lequel les tubes sont solidaires d'un boîtier qui subit un mouvement d'oscillation, et la figure 10 est une coupe verticale simplifiée correspondant à la figure 6, dans laquelle une tige de

fouettement est creuse et fait partie du circuit de distri-

bution de fluide.

La figure 1 est une vue de bout d'un évaporateur oscillant qui comprend une enveloppe externe 1 et un récipient oscillant 2. Trois tubes 7 de transfert de

chaleur sont représentés et assurent l'opération d'évapo-

ration ou de condensation. Dans un appareil réel, plusieurs

douzaines de tubes peuvent être montés dans un seul réci-

Dient. Trois supports 24 sont fixés aux extrémités du récipient 2. Trois manivelles51 et trois jeux de roulements 22 et 24 d'arbres 21 et 23 sont utilisés pour le guidage

du récipient 2 afin qu'il tourne dans un mouvement oscil-

lant. Un moteur (non représenté) peut être utilisé pour l'entraînement de l'un quelconque des trois arbres 21

afin que le récipient 2 oscille; sur la figure, le réci-

pient 2 pivote sur des bras 51 raccordés aux arbres 21.

Ainsi, lorsque l'un quelconque ou plusieurs des trois

arbres 21 sont entraînés en rotation, les points 23 d'arti-

culation sur le récipient 2 parcourent des cercles délimités par les bras 51. La rotation des points 23, suivant ces

petits cercles, provoque l'oscillation du récipient 2.

On se réfère maintenant à la figure 2 sur laquelle le fluide à évaporer est repéré par la flèche 101 et

il pénètre dans le tube 18 qui tourne dans le coussinet 19.

Le centre du coussinet 19 est aussi le centre d'oscillation du tube 7. Ainsi, le mouvement d'oscillation du tube 7 provoque l'entraînement de la tuyauterie 18 en L qui tourne dans le coussinet 19 et évacue le liquide de la

tête 20 du côté du tube 7 qui est éloigné du centre d'os-

cillation. Le fluide provenant de la tête 20 forme un courant 6 qui tourne dans le tube 7 et parvient dans une chambre 3' puis sort par la tuyauterie 17 comme représenté par

la flèche 102.

Le tube 7 oscille mais il ne tourne paso Ainsi, le courant qui tourne 6 revêt la surface interne du tube 7 d'un film 5 qui s'évapore et sort par les deux extrémités du tube 7. Les extrémités supérieures du tube 7 sont raccordées à la chambre 3 et la vapeur s'échappe par l'ouverture 26 comme l'indique la flèche 103. De même, l'extrémité inférieure du tube 7débouche dans la chambre i5 3' et la vapeur peut circuler par l'ouverture 27 comme l'indique la flèche 104. Les chambres 3 et 3' sont séparées par une cloison souple 28. Dans certaines applications, les fiècnes 103 et 104 peuvent être telles que l'une est dirigée vers l'intérieur et l'autre vers l'extérieur afin que la circulation soit continue et que l'évaporation soit entretenue. Dans certains autres cas, la cloison souple 28 est supprimée si bien qu'il suffit d'une seule sortie pour la vapeur. L'arrangement détaillé, dans des applications particulières, est décrit dans la suite

du présent mémoire.

La vapeur 111 à température élevée est introduite par la tuyauterie 10 d'entrée et un accouplement souple 9

et la tuyauterie 8 à l'intérieur de la chambre 4 du réci-

pient 3. Au contact du tube 7, la vapeur se condense en gouttelettes 25 qui sont projetées dans la chambre 4 contre la surface externe du tube 7 et qui augmentent ainsi la vitesse de condensation. Enfin, la condensation formée est collectée près du bord inférieur de la chambre 4 et évacuée par une tuyauterie 11, un accouplement souple

12 et une tuyauterie 13 de purge, formant ainsi un distil-

]at113. Un second passage de vapeur 14, 15, 16, transmettant la vapeur 112, est représenté à l'extrémité inférieure de l'appareil. Cet arrangement à passage de circulation de vapeur à deux extrémités est nécessaire dans la colonne

de distillation décrite dans le brevet précité des Etats-

Unis d'Amérique n 4 230 529 (notamment en référence à sa figure 7), mais il n'est pas essentiel dans un appareil de dessalement décrit en référence à la figure 6 de ce

même document.

L'entraînement assuré dans l'appareil des figures 1 et 2 pour l'obtention de l'oscillation assure la création d'une force centrifuge rotative au centre de masse, par rapport au centre d'oscillation. La figure 3 montre comment

les forces de rotation peuvent être équilibrées par utili-

sation de deux jeux d'appareils oscillants concentriques, les deux centres de masse 31 et 32 étant opposés par rapport au centre commun d'oscillation 30. La référence 31 désigne le centre de masse de l'ensemble interne 33 qui est guidé par trois manivelles 51, 52 et 53. Le centre 32 constitue le centre de masse de l'ensemble externe 34 et il est guidé par trois manivelles 54, 55 et 56. Les deux ensembles ont un même centre d'oscillation 30. Deux pignons 58 et 59, reliés par une chaîne 57, assurent l'orientation convenable des deux ensembles. Les brevets

des Etats-Unis d'Amérique n 4 230 529 et 4 441 963 décri-

vent d'autres arrangements plus élaborés destinés à assurer l'équilibrage dynamique des tubes et d'autres éléments mobiles lors du mouvement oscillant. Par exemple, lorsque le fluide évaporé est l'eau, des tubes de transfert de chaleur formés de cuivre, ayant un diamètre de 5,1 mm, tournent avec un rayon d'oscillation supérieur à 6,35 mm, une vitesse de rotation dépassant 150 tr/min et un débit

d'environ 0,45 kg/min.

Dans l'appareil décrit précédemment qui est aussi décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique précité n 4 230 529, le courant 6 de fluide tourne autour de l'intérieur du tube oscillant 7 sous forme d'un front

d'onde bien délimité, ayant un bord qui le suit en s'effi-

lant qui est lui-même suivi par une extrémité postérieure qui constitue le film 5. L'épaisseur du film qui est un paramètre primordial pour le rendement de l'appareil, est essentiellement fonction de la tension superficielle et de l'adhérence du liquide. D'autres facteurs tels que le matériau, les dimensions, la régularité et les paramètres d'oscillation du tube ainsi que la dimension

et la configuration du front d'onde ont aussi leur impor-

tance mais ils sont moins importants dans les circonstances normales. Dans tous les cas, l'épaisseur du film n'est pas réglée positivement si bien qu'elle varie à la surface interne. Etant donné l'importance des caractéristiques du fluide, les fluides ayant des viscosités élevées, par exemple les jus de fruits, présentent des difficultés 'lors d'un traitement dans des évaporateurs ordinaires à

tube oscillant. Les figures 4 et 5 représentent un arran-

gement décrit dans le brevet précité des Etats-Unis d'Amé-

rique n 4 441 963, mettant en oeuvre un dispositif d'en-

trainement oscillant pour le traitement des fluides de viscosité élevée. Ce traitement est réalisé à l'aide d'une barre rigide et lourde 429 qui est suspendue sous un bras rotatif 427 qui est articulé sur un arbre 426 afin qu'il soit au contact de la surface interne d'un tube 7, par l'intermédiaire d'un galet 428. Cette barre lourde 429 repousse le fluide 420 devant elle lorsqu'elle tourne dans le sens de la flèche 421, et elle forme ainsi

un film qui facilite l'évaporation.

Cette barre rigide qui tourne réduit l'épaisseur du film 5 formé par les fluides très visqueux par rapport à la situation habituelle dans laquelle le film est formé par le mouvement de tourbillonnement, sans organe mécanique

d'stLlciuent. Cependant, cette disposition n'est pas satis-

faisante pour les fluides peu visqueux, par exemple ceux

dont le nombre de Reynolds est proche de celui de l'eau.

Un problème est dû au fait que le montage de la barre 429 à l'extrémité supérieure du tube perturbe la plupart des circuits de distribution de fluide puisqu'ils sont au même emplacement. Un autre problème est dû au fait que la barre 429 est rigide et ne peut donc pas suivre les variations de régularité de la surface interne. Le film formé à cette surface entre elle et la barre rigide a donc une épaisseur qui varie. En outre, comme un côté de la barre est au contact de la paroi interne du tube et du fluide, l'usure s'effectue toujours sur les mêmes surfaces. Une autre restriction due à cette barre rigide est que la distance séparant la barre du tube est fixe si bien que la pression exercée par la barre sur le courant de fluide pour la formation du film est pratiquement constante. La barre rotative nécessite aussi un palier qui peut encaisser les forces importantes appliquées pendant la rotation rapide de la barre qui repousse une

masse fluide. L'invention supprime toutes ces difficultés.

Les figures 6 à 10 représentent une caractéris-

tique essentielle de l'invention, un distributeur mécanique

sous forme d'une tige de fouettement 500 qui, en coopéra-

tion avec la surface interne 7a d'un tube oscillant 7, répartit un courant de fluide 6 introduit sous forme d'un très mince film 515 réparti uniformément. Le tube 7 oscille au-dessus d'une base fixe 52 qui peut être une partie d'un boîtier, un organe de support ou un boîtier

solidaire du tube 7 et tournant avec celui-ci.

Dans un mode de réalisation avantageux représenté sur les figures 6 à 8, la tige de fouettement 500 a une âme flexible 504 entourée d'une gaine tubulaire 506 sur la partie de la tige qui se trouve dans le tube 7. L'âme est de préférence formée d'un matériau qui possède une bonne résistance à la traction, une bonne résistance à la fatigue et qui est souple au moins dans une certaine mesure. L'âme doit aussi avoir une masse volumique et une masse par unité de longueur suiffisantes pour que le mouvement oscillant voulu crée, sur le courant de fluide, une force latérale suffisamment grande (par exemple correspondant à une accélération de 3 à 4 g) pour qu'un film très mince 515 soit formé. Un câble métallique à plusieurs brins, par exemple un câble d'acier dont le diamètre est d'environ 3,2 mm, donne satisfaction. La gaine 506 peut être formée de tout matériau qui peut

venir au contact du courant de fluide 6 et qui, en coopéra-

tion avec la surface interne 7a, permet son étalement sous forme du film 515. Dans un mode de réalisation préféré, la gaine est un tronçon continu d'un matériau flexible tel qu'un caoutchouc de silicone, placé pratiquement sur toute la longueur du tube. La gaine peut aussi être

formée d'un jeu de courts tronçons tubulaires 506' repré-

sentés en trait interrompu sur la figure 6o Cette dernière disposition permet l'utilisation de matériaux rigides, par exemple de céramique, qui peuvent posséder d'excellentes caractéristiques de résistance à l'usure ou qui peuvent

'tre abrasifs afin que les dépôts et autres résidus d'éva-

poration soient retirés de la surface interne 7a. On peut aussi utiliser une tige de fouettement qui n'a pas de gaine séparée 506 mais qui est plutôt une tige en une seule pièce d'un matériau d'âme, ou d'un matériau d'âme imprégné d'un matériau lui donnant une surface externe lisse. Un câble métallique à plusieurs brins, imprégné de caoutchouc, est un exemple de ce dernier

mode de réalisation.

Dans un mode de réalisation préféré, la tige

de fouettement est fixée à la base par une saillie verti-

cale 503 qui est soudée, collée, rivetée ou fixée d'une autre manière à l'extrémité inférieure du câble 504 et à la base. La saillie 503 ne permet pas la rotation du câble 504 autour de son propre axe longitudinal. Le point

d'ancrage coïncide de préférence avec l'axe 508 d'oscil-

lation du tube lorsque la base 502 constitue un organe de référence qui est fixe lors du fonctionnement, par exemple l'enveloppe 1, bien qu'il ne soit pas primordial

qu'il soit exactement aligné.

L'extrémité inférieure de la tige de fouettement

est une partie 504a du câble souple 504 placé entre l'extré-

mité inférieure du tube et la saillie 503 et la base 502. Un manchon rigide ou organe de renforcement 505 entoure une région centrale de cette partie inférieure 504a et laisse deux parties relativement souples 504' et 504" qui forment un joint universel entre le point d'ancrage et la partie supérieure moins flexible de la tige de fouet-

tement, comprenant la gaine 506. L'organe 505 de renfor-

cement réduit l'angle de flexion du câble dans les parties

504' et 504" et réduit ainsi la fatigue, facilite l'oscil-

lation de la tige de fouettement et facilite le maintien de la tige de fouettement en position dans le tube. Bien que la tige de fouettement doit être flexible, elle doit aussi être suffisamment rigide pour que la force de gravité (1g) provoque simplement son affaissement contre la surface interne du tube. Lorsque le tube oscille, la tige supérieure de fouettement s'allonge et s'aligne d'elle-même le long de la surface interne du tube, à distance de l'axe d'oscillation comme indiqué sur les figures 6 et 7. En particulier, la figure 7 représente deux positions diamétralement opposées du tube 7 dans un cycle d'oscillation, l'une en trait plein et l'autre en trait interrompu, ainsi que la position correspondante de la tige de fouettement. On note clairement que le mouvement circulaire provoque une rotation de la tige flexible 500 par rapport au tube. Le joint universel décrit précédemment permet cette rotation. Le dispositif d'ancrage s'oppose à la rotation de la tige autour de son propre axe si bien que la gaine externe 506 s'use uniformément. La figure 8 représente la condition d'équilibre

des forces ou pressions lorsque le tube oscille. Le mou-

vement d'oscillation est représenté par la flèche 514 dans

le sens des aiguilles d'une montre. La tige 500 de fouet-

tement se met d'elle-même avec un angle de retard a par rap-

port a une droite radiale passant par le centre 507 du tube et le centre d'oscillation 508. Le courant d'eau introduit 6 est chassé par la tige de fouettement afin

que l'eau se déplace en avant de la tige comme représenté.

Un effet de sustentation hydrostatique apparaît alors comme représenté par le profil 513 de répartition de pression qui donne une force résultante 512 en équilibre avec la force centrifuge 511 produite par la tige de fouettement qui tourne. L'eau est essentiellement chassée dans un entonnoir formé par la tige de fouettement et la surface interne du tube, et elle sort sous forme du mince film 515. La flexibilité de la tige de fouettement est importante pour que la tige puisse se conformer aux petites variations de la surface interne du tube. La flexibilité est de préférence suffisante pour que la tige suive les variations de diamètre de la surface du tube interne de l'ordre d'une douzaine de microns, sur Une longueur de tube de 12,7 cm. Il faut aussi noter que la pression creéée par la tige de fouettement dépend

moins de la rigidité de la tige que dans le mode de réali-

sation des figures 4 et 5.

L'épaisseur du film est réglée par la force centrifuge appliquée à la tige, par la viscosité du fluide et par la courbure de la tige. Il est très important que la tige de fouettement 500 puisse former, les autres facteurs étant les mêmes, un film plus mince que celui qui est obtenu sans elle. Plus précisément, dans le cas d'un fluide peu visqueux tel que l'eau, l'appareil selon l'invention permet la production fiable de film ayant une épaisseur inférieure à 25 microns. Ce film très mince peut doubler la transmission de chaleur qui peut être obtenue dans les systèmes de distillation ou d'évaporation à tube oscillant connus, ne comprenant pas la tige de fouettement 500. Il s'agit donc d'un perfectionnement

essentiel par l'augmentation du rendement de l'appareil.

Un autre avantage très important de la tige de fouettement, par rapport aux appareils à film descendant et aux appareils plus anciens à tube oscillant, est que la tige retire les dép6ts et autres résidus d'évaporation de la surface interne du tube. Bien que le mécanisme de ce processus de nettoyage ne soit pas parfaitement compris, il apparaît que les dép6ts se forment à partir des solutés présents dans le fluide sous forme d'une structure cristalline dont la croissance commence en un point de nucléation, à la surface interne 7a. Comme les dépôts peuvent grossir à partir de nombreux points de nucléation en formant une "tache" dont l'enlèvement est très difficile, le dépôt devient bientôt suffisamment important pour qu'il dépasse du très mince film 515 qui peut avoir par exemple une épaisseur de 12 microns. Lorsque le dépôt dépasse au-dessus du film, il est frappé par la tige de fouettement qui glisse au-dessus de la surface

7a, et il est ainsi chassé. En pratique, une gaine tubu-

laire 506 de caoutchouc de silicone maintient la surface 7a propre comme un miroir même après un fonctionnement prolongé avec de l'eau ordinaire. Dans le cas d'autres fluides tels que l'eau de mer, la vitesse d'oscillation, les caractéristiques superficielles de la gaine ou d'autres paramètres doivent être réglés en conséquence. Par exemple, la gaine céramique segmentée décrite précédemment permet une meilleure abrasion, lorsque cela se révèle nécessaire

à l'enlèvement des dépôts se formant à la surface 7a.

L'enlèvement des dépôts est très important car ces dépôts augmentent larésistance présentée par le tube oscillant à la transmission de chaleur et réduit évidemment le

rendement de l'appareil.

Bien qu'on ait décrit la tige de fouettement comme étant fixe en rotation, avec une section de forme générale circulaire, d'autres arrangements sont possibles, avec une certaine perte de performance. Par exemple, à la place de tronçons de câble 504' et 504" coopérant avec la saillie 503 et l'organe 505 de renforcement, l'ensemble formant un joint universel, on peut utiliser

un joint universel classique pour le couplage de l'extré-

mité inférieure de la tige de fouettement à la base.

En outre, bien qu'on ait décrit la tige de fouettement comme fixée en rotation, un accouplement rotatif 503 peut

être utilisé. Celui-ci peut être aussi simple que l'intro-

duction de l'extrémité inférieure de la tige de fouettement dans un trou 503' de plus grand diamètre percé dans la

base ou formé par une saillie circulaire fixée à la base.

L'inconvénient est que seul un côté de la tige de fouet-

tement est au contact du courant de fluide et de la surface 7a. En conséquence, la tige ne s'use pas uniformément. Cependant, cet arrangement se prête à l'utilisation de

tiges de fouettement ayant des sections non circulaires.

Par exemple, la tige peut avoir une section carrée, avec un ou deux bords qui forment le film 515 et retirent les

dépâts de la surface 7a.

La figure 9 représente un arrangement dans lequel le pied de la tige de fouettement est fixé à la plaque

de base, à la ligne centrale 507 du tube ou à son voisinage.

Dans cet arrangement, le tube et le réservoir 2' forment

un tout et oscillent à l'unisson. L'entraînement d'oscil-

lation et l'accouplement flexible sont représentés schéma-

tiquement puisqu'ils sont analogues à ceux qui sont décrits

dans le brevet précité des Etats-Unis d'Amérique n 4 230 529.

Quatre systèmes analogues peuvent être montés dans un même bâti, comme représenté sur la figure 4 du brevet précité des Etats-Unis d'Amérique n 4 230 529 afin que l'ensemble soit équilibré dynamiquement. Un autre arrangement comprend l'équilibrage des masses, par exemple

par un jeu de contrepoids ou par la masse du récipient.

Quel que soit l'arrangement choisi pour l'équilibrage, avec un tube et un réservoir solidaire, chaque tige de

fouettement est centrée sur le tube associé.

Cet arrangement permet l'utilisation d'un tube 530 de distribution d'eau qui est aussi monté au centre et a une tête 531 de distribution qui est entraînée par la force centrifuge due au mouvement d'oscillation. Ce distli buteur de fluide nécessite un montage sur un organe, le récipient 2' dans le cas considéré, qui oscille avec les tubes 7. Chaque distributeur de fluide est donc toujours centré sur l'un des tubes associés 7 et la force centrifuge due h l'oscillation est utilisée pour que le fluide soit projeté vers la paroi interne du tube le plus loin possible du centre d'oscillation. Il s'agit aussi de l'emplacement de la tige de fouettement pendant l'oscillation. Cet arrangement assure donc l'introduction d'eau dans L. tube d'une manière telle que avec la tige de fouettement, le film mince 515 se forme d'une manière efficace, avec des effets minimaux de transition lorsque le courant de fluide se réoriente sur la paroi du tube ou se déplace sur la paroi vers la tige. Un autre aspect important de ce distributeur de fluide est qu'il n'existe aucun accouplement mécanique entre le circuit de distribution et le tube oscillant, par exemple l'extrémité inférieure du tube 18 est maintenue dans l'orifice 20 (figures 1 et 2) afin que le tube 18 soit entraîné et tourne d'une

manière coordonnée avec l'oscillation du tube. Ces accou-

plements mécaniques ainsi que d'autres représentent divers inconvénients, notammentd'usure, et la nécessité du respect de tolérances étroites pendant la fabrication. Par rapport

à l'arrangement des figures 1 et 2, le circuit de distribu-

tion de fluide 530, 531 évite aussi l'utilisation du

palier 19.

La figure 10 représente une variante de l'inven-

tion dans laquelle une tige creuse de fouettement joue aussi le rôle d'une buse de distribution de fluide. A la base de l'appareil, un réservoir 540 d'alimentation en fluide comporte une canalisation principale 544. Le fluide 543 du réservoir 540 est sous pression si bien qu'un courant remonte dans la tige creuse 542 et sort à l'extrémité supérieure 545 du tube. La force centrifuge du tube qui tourne chasse le liquide vers la partie la plus éloignée du tube oscillant et s'écoule vers le bas le long de la surface externe de la tige sous forme d'un

courant 546 qui est l'équivalcnLt du courant 6 décrit précédem-

ment. L'interaction de la tige de fouettement, du tube 7 et du courant 546 est la même que décrit précédemment

en référence à la figure 8.

La combinaison de la tige de fouettement et du circuit de distribution de liquide élimine la nécessité

de l'utilisation d'une buse tournante et élimine simultané-

ment la zone de transition entre le courant formé à partir de la buse et recueilli par la tige de fouettement. Cette

situation améliore encore le rendement de l'appareil.

Cette combinaison de la tige de fouettement et de la buse de distribution peut être utilisée avec un montage au centre du tube ou avec un montage au centre d'oscillation

comme décrit précédemment.

De plus, bien qu'on ait décrit une tige de fouet-

tement montée, à l'extrémité inférieure, sur un organe de base, une buse rotative telle que le tube 18 de la

figure 1 peut être combinée à une tige flexible de fouet-

tement ayant la construction et les caractéristiques de fonctionnement de l'invention, distincte de la barre rigide des figures 4 et 5, bien que cette disposition soit mécaniquement plus complexe et plus coûteuse. Le tube 18 peut être utilisé pour le support d'un bras rotatif 417 représenté sur la figure 4 afin que le pivot 416 du

bras tutatif 417 soit concentrique au tube 18 qui tourne.

Le bras 417 tourne alors librement par rapport à la buse.

Le but de cette disposition est de permettre à la buse {t a la tige de trouver leur propre position par rapport

au tube oscillant sans perturbation mutuelle.

Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite cet représentée qu'à titre d'exemples préférentiels et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir

de son cadre.

Claims (12)

REVENDICATIONS

1. Appareil d'évaporation d'un fluide à tube oscillant, du type qui comprend (i) une base (502), (ii) au moins un tube de transfert de chaleur (7) aligné sur un axe sensiblement vertical près de la base et (iii) un dispositif (21, 51-56) destiné à entraîner le tube de transfert de chaleur (7) autour d'un centre d'oscillation placé sur l'axe vertical, sans rotation des tubes de transfert, l'oscillation appliquée au tube provoquant l'accrochage d'un courant de fluide introduit contre la face interne du tube, à distance du centre d'oscillation, et formant un courant rotatif qui balaie la surface interne du tube, ledit appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend une tige de fouettement (500) disposée vers l'intérieur par rapport à la surface interne du tube, la

tige étant flexible afin qu'elle se conforme aux irrégula-

rités de la surface lorsqu'elle est repoussée contre cette surface par la force centrifuge, la tige glissant à la surface interne lors de l'oscillation, un dispositif (504a) d'ancrage d'une première extrémité de la tige pres de l'axe vertical longitudinal du tube, ce dispositif d'ancrage permettant à la tige d'être disposée dans le tube en direction verticale générale contre la surface interne du tube autour de laquelle elle tourne pendant l'oscillation afin que le courant de fluide soit réparti sous forme d'un très mince film uniforme (515) à la surface interne et afin que les dép6ts formés par l'évaporation soint chassés, le très mince film présentant une faible résistance à la transmission de chaleur qui facilite

l'évaporation.

2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé enl ce que la tlige de fouetLement (500) a une âme flexible (504) et une gaine (506) entourant au moins la partie

d'âme se trouvant dans le tube.

3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tige de fouettement (542) est creuse et l'appareil comporte en outre une alimentation en fluide sous pession (540) communiquant avec l'extrémité inférieure de la tige creuse afin que le glissement de la tige autour

du tube assure la répartition du fluide à partir de l'extré-

mité supérieure (545) de la tige, vers la surface interne du tube.

4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'ancrage (504a) est placé à l'extrémité supérieure du tube et maintient la tige (500) contre la surface interne tout en permettant un glissement

de la tige contre la surface interne.

5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé

en ce que le dispositif d'ancrage (504a) est placé au-

dessous du tube (7).

6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif d'ancrage (504a) fixe le câble à l'organe de base (502) afin qu'il ne puisse pas tourner mutuellement.

7. ApDareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif d'ancrage est une partie inférieure (504a) de la tige de fouettement, placée entre l'extrémité

inférieure du tube et la base.

8. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif d'ancrage (504a) comprend une articulation (504', 504") permettant la rotation de la tige (500) autour de son propre axe par rapport à la base.

9. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la base (502) et le tube sont raccordés afin qu'ils oscillent à l'unisson, et le dispositif d'ancrage est fixé à la base (502) en un point (503) proche de

l'axe central vertical du tube et au-dessous de celui-ci.

10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif de répartition de fluide (18) monté sur la base audessus du tube et destiné à osciller en coordination avec la base et le tube.

11. Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dispositif de distribution de fluide (18) est aligné de façon générale sur l'axe central ldu tube (7) et la force centrifuge créée par l'oscillation chasse le fluide à la face interne en un point éloigné du centre d'oscillation (30) afin que ce phénomène soit coordonné

au déplacement de la tige de fouettement dans le tube.

12.. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que la tige de fouettement (500) est suffisamment rigide pour qu'elle reste dans le tube lorsque celui-ci

n'oscille pas.