FR2591504A1 - Procede d'evaporation-condensation de films ruisselants, elements pour sa mise en oeuvre et ses applications. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne l'évaporation-condensation de films ruisselants, par échange thermique avec un fluide caloporteur. Selon l'invention, on associe sur au moins sa face sur laquelle sont distribués les films ruisselants, une paroi de séparation 2 chauffée par le fluide caloporteur à une structure de type "méso" 3 dans laquelle ledit fluide ruisselle librement sous forme liquide en mouillant ladite structure qui est conductrice thermique et qui est en étroit contact thermique avec ladite paroi 2. L'invention s'applique en particulier à la construction d'évaporateurs, condenseurs, absorbeurs pour l'industrie du chauffage, de la réfrigération et pour l'industrie chimique et alimentaire. (CF DESSIN DANS BOPI)

Description

Dans l'industrie chimique, dans le domaine des industries agro-alimentaires et dans le domaine du chauffage, on utilise fréquemment des systèmes d'échange de chaleur entre un fluide caloporteur se trouvant à une certaine température et un autre fluide soumis au moins partiellement à au moins un changement de phase, c'est-à-dire liquide subissant une évaporation et/ou vapeur subissant une condensation, et/ou une absorption avec apport ou extraction de chaleur de ou par ledit fluide caloporteur, ledit autre fluide se trouvant à une température différente de celle du fluide caloporteur.

Il existe, dans la technique, de nombreux appa reils de types divers constituant des évaporateurs, par exemple des chaudières, des condenseurs, des absorbeurs, par exemple à tubes ou à plaques, des appareillages permettant
L'évaporation et la condensation, par exemple des colonnes à distiller, etc...

La très grande diversité des appareillages existants provient, en particulier, de la complexité des problèmes traités, mettant en oeuvre des plages de températures très différentes, des solutions (liquides à traiter) très diverses et des applications également très diverses.

L'objet de L'invention est essentiellement relatif à des perfectionnements à un procédé d'évaporationcondensation-absorption de films ruisselants mettant en oeuvre un échange thermique, à travers au moins une paroi de séparation conductrice thermique, entre un fluide caloporteur de travail porté à une température donnée et un autre fluide, distribué en films ruisselants, soumis au moins partiellement à au moins un changement de phase, c'est-à-dire liquide subissant une évaporation et/ou vapeur subissant une condensation et/ou absorption, avec apport ou extraction de chaleur de ou par ledit fluide caloporteur, ledit autre fluide se trouvant à une température différente de celle du fluide caloporteur. L'invention concerne en outre un élément d'appareillage permettant la mise en oeuvre du procédé et des applications diverses de ce procédé.

Un but essentiel de l'invention est d'améliorer le rendement thermique d'échange entre les fluides en présence de part et d'autre de la paroi de séparation et de créer une structure adaptée permettant des applications très étendues du procédé à toutes sortes de domaines, et en particulier à ceux énoncés plus haut.

Le procédé d'évaporation-condensation de films ruisselants de type précité conforme à l'invention se caractérise en ce que de façon à accroître la puissance de transfert thermique entre lesdits fluides, on associe sur au moins sa face sur laquelle sont distribués les films ruisselants ladite paroi de séparation à une structure de type "méso" dans laquelle ledit fluide ruisselle librement sous forme liquide en mouillant sensiblement complètement ladite structure qui est conductrice thermique et qui fait elle-même partie ou est en étroit contact thermique avec ladite paroi.

Le terme STRUCTURE "PESO" est une abréviation pour structure mésoporeuse, ce qui signifie qu'il s'agit d'une structure intermédiaire entre celle des matériaux microporeux et celle des matériaux macroporeux. Les dimensions des cavités et des capillaires d'une structure mésoporeuse sont choisies dans un petit domaine intermédiaire (environ 1 à environ 10 mm) spécialement adapté à l'objectif, comme expliqué plus loin.

Lorsqu'on procède de cette manière, on constate que l'on augmente très considérablement, dans un rapport pouvant atteindre et dépasser fréquemment 10, le flux global d'évaporation ou de condensation obtenu dans la struc ture "méso" à partir d'une même surface apparente de séparation et pour des températures semblables du fluide caloporteur et de l'autre fluide en échange thermique avec lui.

Ces résultats peuvent être expliqués notamment par les considérations suivantes
- du fait de la structure "méso" dans laquelle se propage le film ruisselant (à évaporer ou à condenser ou à absorber) on obtient une très grande surface développée de la structure "méso" couverte par le film ruisselant, donc une très grande interface gaz-liquide,
- on provoque un très bon mélangeage du film par turbulence améliorant les transferts thermiques,
- on réalise une très bonne porosité de la structure permettant un bon cheminement vertical liquide et un bon cheminement transversal (sensiblement horizontal) de la vapeur produite ou se condensant.

Si la structure travaille en évaporateur, on évite en outre pour un flux thermique important la formation de zones sèches, et on réduit la formation de gouttelettes ("primage") ou à défaut on arrête les gouttelettes produites. En outre, il est aisé en choisissant convenablement la matière constituant la structure "méso" d'obtenir une bonne mouillabilité de la surface.

Si l'on travaille en condenseur, en prenant soin de choisir la nature de la structure "méso" pour qu'elle ne soit pas mouillable par le liquide produit, on obtient une très bonne élimination par ruissellement des condensats et une très grande disponibilité de la surface de la structure "méso" à condenser le fluide
Si l'on travaille en absorbeur, on choisit la nature de la structure "méso" pour qu'elle soit au contraire bien mouillable par le liquide absorbant ruisselant.

En bref, conformément à l'invention on crée, en fait un échangeur volumique et non plus surfacique, tout le volume de la structure "méso" participant activement à l'échange thermique entre les deux fluides.

Avantageusement le fluide caloporteur circule également à l'intérieur d'une structure "méso" afin d'accroître le transfert thermique.

La structure "méso" se définit évidemment par rapport au fluide qui y circule. Ainsi par exemple, pour l'eau, en fonction des débits et des températures, une structure meso est obtenue lorsque le diamètre moyen des canaux ou cavités qui y sont ménagés est de l'ordre de quelques millimètres, par exemple de l'ordre de 3 à 8 mm.

Si les canaux ont un diamètre inférieur au millimètre, le caractère "méso" disparaît et ce sont les actions capillaires qui l'emportent modifiant complètement le phénomène.

Le volume poreux serait alors entièrement occupé par le liquide et il n'y aurait pas de place libre pour que la vapeur s'échappe. Si le diamètre des canaux devient supérieur, par exemple à 10 mm, il n'y a plus mouillabilité correcte de la structure et l'aspect volumique de l'échangeur s'estompe.

Dans la suite de la description on donnera des exemples pratiques permettant de réaliser de telles structures "méso".

L'invention, pour la mise en oeuvre du procédé concerne également un élément d'appareillage du type comprenant une paroi de séparation en contact sur une de ses faces avec un fluide caloporteur et sur l'autre de ses faces avec un autre fluide soumis au moins partiellement à au moins un changement de phase, c'est-à-dire liquide subissant une évaporation et/ou vapeur subissant une condensation ou absorption, avec apport ou extraction de chaleur de ou par ledit fluide caloporteur, ledit élément se caractérisant en ce qu'il comprend au moins une structure de type ',méso" faisant elle-même partie ou étant en étroit contact avec ladite paroi sur une de ses faces et recevant ledit autre fluide dans laquelle structure il ruisselle librement en mouillant sensiblement complètement ladite structure.

L'invention vise, en outre, diverses applications du procédé en particulier à la construction d'évaporateurs, à la construction de condenseurs, d'absorbeurs, à la construction d'évaporateurs-condenseurs-absorbeurs.

L'invention et sa mise en oeuvre apparaîtront plus clairement à L'aide de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés dans lesquels
- la figure 1 montre de façon schématique comment peut être mis en oeuvre le procédé de-l'invention,
- la figure 2 montre de façon schématique le procédé de mise en oeuvre de L'invention pour la réalisa- tion d'un évaporateur volumique à garnissage poreux,
- la figure 3 montre en coupe horizontale, de façon schématique comment peut être constitué un appareillage,
- la figure 4 montre une réalisation d'un évaporateur utilisant un appareillage de base du type schématisé à la figure 3, cette vue étant faite sensiblement en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 5,
- les figures 5 et 6 sont des vues en coupe verticales faites sensiblement selon les plans V-V et VI-VI de la figure 4,
- la figure 7 montre une vue en coupe verticale d'un autre type d'évaporateur,
- les figures 8 et 9 sont des vues en coupe horizontale faites respectivement selon les plans Vili-Vili et IX-IX de la figure 7,
- la figure 10 montre en coupe horizontale, selon le plan X-X de la figure 11 une autre structure d'appareillage,
- la figure 11 est une vue en coupe verticale faite selon le plan XI-XI de la figure 10,
- la figure 12 est une vue en coupe verticale faite selon le plan XII-XII de la figure 11,
- la figure 13 est une vue semblable à celle de la figure 4, mais montrant une autre utilisation de l'appareil,
- la figure 14 montre une vue en coupe verticale d'un autre appareil formant évaporateur-condenseur,
- la figure 15 montre en coupe verticale un autre évaporateur-condenseur intégré,
- la figure 16 est une vue en coupe horizontale schématique faite selon le plan XVI-XVI de la figure 15,
- la figure 17 est une vue à plus grande échelle d'un tube évaporateur de l'appareil illustré aux figures 15 et 16,
- les figures 18 et 19 sont des vues en coupe faites à travers des tubes à matrice poreuse de type ' méso",
- les figures 20 à 22 montrent schématiquement une manière de réaliser trois autres structures "méso",
- la figure 23 montre schématiquement une structure "méso" plus complexe,
- les figures 24 à 26 montrent en vue perspective des structures de tôles et grilles utilisables
En se reportant tout d'abord à la figure 1, on a représenté schématiquement l'échange thermique réalisé entre un fluide caloporteur F1 porté à une température donnée T1 et un fluide F2 soumis, au moins partiellement, à un changement de phase porté à une température T2.

L'échange thermique entre le fluide F1 et le flui-de F2 s'effectue à travers une paroi de séparation conductrice thermique 1, par exemple une tôle métallique bonne conductrice de la chaleur. Si l'appareil doit fonctionner en évaporateur, le fluide F1 qui est au contact de la surface 11 de la paroi 1 est porté à une température Il supérieure à celle T2 du fluide F2 qui ruisselle au contact de l'autre surface 12 de la paroi 1. Si au contraire l'appareil fonctionne en condenseur ou en absorbeur, le fluide F1 est porté à une température Il inférieure à celle
T2 de la vapeur de L'autre fluide qui doit se condenser au contact de la paroi 12.

Conformément à l'invention, le volume de liquide ruisselant du fluide F2 (à évaporer ou qui s'est condensé) est considérablement augmenté, du fait de la présence, contre la paroi 12 d'une structure "méso", ici schématisée par des rectangles 13, en étroit contact avec la surface 12 et maintenant dans toute l'épaisseur e de cette structure un volume de liquide la mouillant sensiblement complètement.

Comme il sera expliqué plus loin, cette structure "méso" peut être constituée par exemple de façon pratique par un empilage convenable de structures grillagées de feuilles de métal déployé ou encore de feuilles métalliques tissées de qualité et de dimension de mailles convenables.

La nature "méso" de la structure permet également un libre ruissellement du liquide F2 dans le sens vertical, et une libre circulation de la vapeur dans le sens transversal, soit qu'il s'agisse de vapeur produite, dans Le cas d'un évaporateur, soit qu'il s'agisse de vapeur absorbée dans le cas d'un condenseur-absorbeur.

La figure 2 montre de façon un peu ptus détaillée une application du principe de l'invention à ta construction d'un évaporateur volumique à garnissage poreux. Le fluide caloporteur de chauffage F1 à température T1 est amené au contact de la surface 21 d'une paroi de séparation et d'échange thermique 2. La surface opposée 22 de la paroi 2 est en contact thermique étroit avec une structure "meso" poreuse- repérée 3. Le fluide liquide à évaporer, par exemple de l'eau salée est amené en 4 en haut de l'appareil dans un distributeur 5 qui répartit le fluide liquide dans la structure 3 à travers laquelle il ruisselle librement comme indiqué par les flèches 6.Au contact de la structure 3 chauffée par Le fluide caloporteur Fl, le fluide se vaporise en partie et La vapeur (soit de la vapeur d'eau douce dans le cas donné en exemple) s'échappe de la structure 3 qu'elle
traverse transversalement comme indiqué par les flèches 7.

En bas de l'appareil le fluide qui ne s'est pas évaporé, c'est-à-dire dans le cas présent la saumure, est évacué en 8 à partir du collecteur 9 de recueillement placé à la base de l'appareil. La vapeur produite dans le volume 10 peut être évacuée par exemple en 14.

Dans le cas du fonctionnement inverse en absorbeurs, la vapeur à absorber entre en 14, et le liquide absorbant entre en 4 et ruisselle dans la structure 3. La solution résultant de L'absorption sort en 8.

En se reportant à la figure 3 on a montré en coupe horizontale une structure comprenant une batterie de tubes plats 15 parcourus par le fluide caloporteur F1, ces tubes étant séparés par des matrices poreuses à structure "méso" 16 dans lesquelles circulent Les films ruisselants du liquide F2 à évaporer (étant supposé qu'il s'agit ici d'une structure pour un évaporateur).

Avantageusement, de façon à améliorer les conditions d'échanges thermiques et également permettre aux tubes plats 15 de résister à l'écrasement, ces tubes sont eux-mêmes remplis d'une structure "méso" telle que schématisée en 17. L'ensemble de la structure : tubes plats plus matrice, peut être maintenu en place entre deux plaques 18 serrées par des tirants 19.

En se reportant au mode de réalisation des figures 4 à 6, on a illustré un évaporateur utilisant des batteries de tubes plats séparés par des matrices poreuses, par exemple du type schématisé à la figure 3.

De façon plus précise, selon l'exemple schématisé aux figures 4 à 6 on a montré l'utilisation de trois batteries de tubes plats 23, 24, 25, enserrant des matrices poreuses. Quelques tubes plats analogues aux tubes 15 ont été repérés 15 et quelques matrices poreuses analogues aux matrices 16 ont été repérées 16 à la figure 4.

Le fluide caloporteur F1 est distribué par un collecteur 26 aux différents tubes 15 et est ramené par un collecteur 27. Le fluide à évaporer est amené en tête de l'appareil à un distributeur d'arrosage 28 qui distribue uniformément le fluide à évaporer sur les structures "méso" 16 dans lesquelles il ruisselle. Le fluide non évaporé est recueilli dans un collecteur 29 à la base de L'appareil, tandis que la vapeur produite dans l'enceinte 30 est évacuée
De façon pratique, l'ensemble de L'appareil peut être monté sur une plaque support 31, le tout étant coiffé par un capot 32 fermant l'enceinte 30. Toutes les entrées et sorties de fluide peuvent se faire par la plaque 31.

Par exemple le fluide caloporteur F1 pénètre au collec teur d'entrée 26 par l'orifice 33 et sort en 34. Le fluide à évaporer F2 est amené au distributeur 28 par l'entrée 35, le fluide résiduel non vaporisé étant évacué en 36.

La vapeur peut sortir par un orifice 37. Il apparaît que la construction de L'appareil est particulièrement simple.

On se reportera maintenant à la variante de réalisation illustrée aux figures 7 à 9.

Il s'agit là encore d'un évaporateur à batterie de tubes plats, mais l'ensemble est monté sur une console ou plaque de base verticale et non plus horizontale.

Le fluide caloporteur F1 est distribué par un collecteur 38 alimentant en parallèle une batterie de tubes plats verticaux 39. Le fluide caloporteur est recueilli pour être évacué par un collecteur 40. Entre les tubes plats 39 sont formées des structures méso" 41 qui sont alimentées en fluide F2 à évaporer au moyen d'un distributeur 42. Le fluide F2 qui ne s'est pas évaporé est recueilli à la base de l'appareil dans un collecteur 43 d'où il est évacué. La vapeur produite à travers la structure "méso" 41 dans le volume 44 de l'appareil est évacuée en 45.L'ensemble de L'appareil est logé sous un capot 46 fixé à une plaque de base verticale 47 à travers laquelle sont ménagées : l'entrée 48 du fluide caloporteur et la sortie 49 de ce fluide, l'entrée 50 du fluide
F2 à évaporer et la sortie 51 de la partie non évaporée du fluide F2 et enfin la sortie de vapeur 45 comme indiqué précédemment.

Avantageusement, comme schématisé à la figure 9 les tubes plats 39 comportent à l'intérieur une structure "méso" évitant leur écrasement et améliorant le transfert thermique.

Dans tous les cas, la structure "méso" sert à transmettre la chaleur entre la paroi et le fluide qui la traverse. IL est donc nécessaire que
- d'une part la structure "méso" soit faite d'un matériau bon conducteur thermique,
- d'autre part, le contact entre cette structure "méso" et la paroi soit excellent - C'est pourquoi la batterie de tubes plats (et sa double structure "méso") est fortement comprimée à L'aide de tirants.

On se reportera maintenant au mode de réalisation des figures 10 à 12, assez semblable, dans son fonctionnement, au mode de réalisation des figures 7 à 9.

La différence se trouve essentiellement au niveau de la technique de fabrication des tubes plats parcourus par le fluide caloporteur.

De façon à éviter les redites, on a utilisé dans les figures 10 à 12 les mêmes repères que ceux utilisés dans les figures 7 à 9 pour repérer les éléments semblables en les indiçant "prime". On retrouve ainsi la plaque de base 47', sur laquelle est fixé le capot 46' enfermant le volume 44' de l'appareil d'où la vapeur produite s'échappe en 45'. Le fluide F1 à évaporer est alimenté en 50' par le distributeur 42'.

La différence se trouve au niveau de la réali- sation des tubes plats 39' qui se trouvent réduits à une simple ailette creuse formée par pliage d'une tôle mince convenablement plaquée contre la plaque de base support vertical 47'. Dans ces conditions, l'alimentation des tubes en fluide caloporteur se fait à travers la plaque support 47' par deux simples fentes horizontales repérées 53, 54 (figure 11).

Avantageusement, chaque ailette creuse 39' est remplie d'une structure "méso" 52 promoteur de turbulence et résistant à l'écrasement, tandis que la vapeur est produite dans la structure "méso" 41' au contact de chaque face des ailettes.

Avantageusement, la surface des ailettes est traitée comme schématisée en 55 et comme connu en soi pour former une fine matrice microporeuse favorisant la mouillabilité dè la paroi.

On se reportera maintenant à la figure 13, qui montre un appareil tout-à-fait semblable dans sa construction à celui illustré à la figure 4.

Cependant à la figure 4, l'appareil constituait un évaporateur.

L'appareil illustré à la figure 13 constitue un évaporateur-condenseur. A cet effet, la batterie de tubes plats 23' et la batterie de tubes plats 25' sont alimentées par exemple en fluide caloporteur à une température
T1, dite "chaude", et le fluide F2 à évaporer est uniformément distribué dans la structure méso-poreuse 16' comprise entre les tubes des batteries 23eue 25'.

Au contraire, la batterie 24' de tubes plats est alimentée en fluide caloporteur froid à une température
T3, nettement inférieure à la température TI. Dans ces conditions, la vapeur du fluide F2 qui s'est formée dans la structure méso-poreuse 16' des batteries de tubes 23' et 25' peut se condenser au niveau de la structure méso-poreuse 16" de la batterie de tubes 24' en bas de laquelle le condensat de la vapeur peut être recueilli.

L'appareil fonctionne donc comme un êvaporateur-condense-ur.

Cette même figure (13) peut également représenter un évaporateur-absorbeur, pour pompe à chaleur à absorption.

La seule différence avec L'évaporateur-condenseur précédent est que la batterie 24' de tubes plats est maintenant arrosée par le liquide absorbant. Ce liquide. ruisselle alors à travers la structure mésoporeuse 16'. La chaleur dégagée par cette absorption est évacuée par le fluide caloporteur qui circule dans la batterie 24'.

Bien entendu, la structure peut être inversée, la batterie de tubes chauffants pouvant se trouver au centre en 24' et la batterie de tubes condensants pouvant se trouver à l'extérieur en 23' et 25'.

On se reportera maintenant à la figure 14 illustrant une autre réalisation d'un évaporateur-condenseur.

Dans la partie gauche de l'appareil, on retrouve un évaporateur repéré dans son ensemble 60 qui peut-être tout-à-fait semblable à L'évaporateur illustré à la figure 7 ou à celui illustré à la figure 11. On ne le redécrira donc pas, disant simplement, que la vapeur produite dans cet évaporateur, comme illustré par les flèches, va s'échapper de la partie gauche pour passer dans la partie droite de la figure à travers une cloison poreuse formant chicanes évitant que des gouttelettes de liquide soient éventuellement transportées avec la vapeur. Par rapport à la figure 11, la paroi verticale du capot 46' est donc remplacée par cette cloison anti-primage 61.

Après traversée de la cloison 61, on se trouve dans le volume 62 d'un appareil construit de façon assez symétrique à l'évaporateur 60, mais formant condenseur repéré dans son ensemble 63. Le condenseur comprend des tubes 39" tout-à-fait semblables aux tubes 39', mais qui sont parcourus par un fluide caloporteur F3 froid permettant la condensation dans la structure "méso" logée entre les tubes 39". La vapeur condensée dans la structure "méso" comprise entre les tubes 39" ruisselle et est recueillie, comme indiqué par les flèches 64 sur le collec teur 65 pour être évacuée en 66.

On notera que la seule différence notable des structures entre l'évaporateur et le condenseur résidera dans un choix quelque peu différent des matériaux constituant la structure "méso", laquelle sera avantageusement très mouillable pour l'évaporateur, favorisant l'évaporation, et peu mouillable pour le condenseur, favorisant la condensation et l'écoulement. Des traitements physiques et/ou chimiques de surface utilisés à cet effet sont connus, tels que : grenaillage, sablage, pour favoriser la mouillabilité, et traitement électro-chimique pour diminuer la mouillabilité.

Bien entendu, la figure 14 pourra également représenter un évanorateur-absorbeur : dans ce cas les tubes 39" seront arrosés par le liquide absorbant. Ce liquide ruisselle dans la structure mésoporeuse contenue dans les tubes 39". La solution obtenue sera évacuée par 65.

On se reportera maintenant aux figures 15 à 17 illustrant une autre variante de réalisation d'un évaporateur-condenseur intégré.

Dans cet appareil, repéré dans son ensemble 67, on distingue une partie 68 formant évaporateur et une partie 69 formant condenseur.

L'évaporateur est constitué essentiellement par des tubes évaporateurs 70 alimentés à leur base à travers une calandre classique par le fluide caloporteur de chauffage F1 à la température T1, L'entrée du fluide se faisant par le bas en 71 et la sortie par le haut en 72. Les tubes 70 comprennent, extérieurement, comme on le verra plus en détail à la figure 17 une structure "méso" dans laquelle est distribuée régulièrement la solution diluée à évaporer admise en 73 dans l'appareil, la solution résiduaire étant recueillie en 74. La vapeur produite passe, comme indiqué par les flèches 75 dans la partie condenseur 69 de l'appareil ou elle se condense au contact de tubes condenseurs 76 alimentés en fluide caloporteur F3 à la température T3, l'entrée se faisant en 77 à la base de l'appareil et la sortie en 78 en haut de l'appareil.Les tubes condenseurs présentent avantageusement eux aussi une structure méso-poreuse favorisant l'échange thermique et la condensation, la vapeur condensée étant recueillie à la base des tubes et évacués de l'appareil comme illustré en 79.

A la figure 17, on a illustré, à plus grande échelle, un tube évaporateur 70 comprenant des ailettes 80 et entre les ailettes une structure "méso" 81 dans laquelle est distribuée la solution diluée à évaporer. Les ailettes 80 peuvent être formées comme indiqué précédemment au moyen d'une structure creuse de tôles pliées, parcourues par le fluide caloporteur, si l'on veut augmenter la puissance de transfert thermique de chaque tube.

En se reportant à la figure 18, on a illustré une manière de réaliser un tube 82 à matrice poreuse "méso" extérieure. Ce tube peut, par exemple, être utilisé comme tube 76 de l'échangeur condenseur de la figure 16. Le tube est réalisé simplement par enroulement autour d'un tube circulaire ordinaire 83, d'une tôle plane ajourée en cou ches multiples jointives 84, sur la paroi extérieure du tube.

L'enroulement bien serré peut être maintenu et renforcé par quelques soudures par points. En choisissant convenablement la nature de la tôle ajourée, on peut constituer n'importe quelle structure "méso" de caractéristique optimale pour chaque usage.

La figure 19 montre un tube 85 à matrice poreuse interne formée par l'enroulement d'une tôle plane ajourée 87 en couches multiples jointives sur la paroi intérieure d'un tube ordinaire à section circulaire 86. Un tel tube peut être éventuellement ensuite aplati pour donner un tube plat à matrice méso-poreuse, par exemple du type utilisé dans les structures des exemples des figures 9 et 12.

Les figures 20, 21 et 22, montrent trois exemples de structures mésoporeuses, à insérer entre les parois 88 et 89 de deux tubes plats parallèles, tels que ceux de la figure 3. Ces trois structures sont faites par assemblage de deux "tôles perforées nervurées". Sur la figure 20, les deux tôles s'interpénètrent complètement. Sur la figure 22 elles sont séparées par une tôle verticale intermédiaire.

Et sur la figure 21 elles sont nez-à-nez avec interpénétration partielle.

A la figure 23, on a illustré un exemple d'une matrice complexe formée entre deux tôles extérieures 97, 98, formant, par exemple, l'intervalle entre deux tubes plats de largeur égale à 17 mm. On trouve successivement, au contact des parois chaudes 97, 98, plusieurs tôles ou grilles à fines mailles, ménageant des microcavités qui sont des germes d'ébullition nucléée. C'est dans ces couches que s'effectue l'essentiel de l'écoulement liquide, pouvant intéresser environ 1,5 mm. Ces couches sont repérées 99, 100 aux dessins. Derrière cette couche on trouve une deuxième couche plus épaisse, par exemple de L'ordre de 4 mm, repérée 101, 102 de plusieurs tôles de métal déployé, à larges mailles obliques, qui ont pour rôle d'augmenter la vaporisation, et, d'autre part, d'empêcher le primage en ramenant vers les couches 99, 100, les gouttelettes de liquide non vaporisées.

Enfin dans l'espace central 103, pouvant intéresser environ 6 mm, on trouve une tôle de métal ajourée ondulée à ondulation horizontale et de structure élasti- que, ayant à la fois un rôle de ressort pour appuyer uniformément les sous-couches sur les parois 97, 98, et un rôle d'évacuateur de vapeur grâce à ses larges canaux horizontaux non engorgeables. La figure 23 montre La structure en coupe verticale dans la position d'utilisation de cette structure.

Il existe dans le commerce une très grande diversité de tôles perforées nervurées et de tôles perforées déployées, dont les dimensions de mailles vont de moins de 1/10 de mm à plusieurs centimètres. De plus ces diverses tôles peuvent être assemblées de diverses façons, par exemple avec des nervures parallèles, perpendiculaires, angulaires, etc.., ce qui permet de réaliser une quasiinfinité de structures mésoporeuses différentes, dont les porosités (fraction de volume vide) peuvent aller de moins de 10 % à plus de 90 % et dont Les diamètres de pores ou de cavités ont les valeurs désirées (généralement entre 1 et 10 mm).

Ainsi à la figure 24 est illustrée une grille de métal déployé à mailles losanges aplaties.

Cette grille est fabriquée à partir d'une tôle pleine par découpage partiel de la tôle dans Le sens
LD et par étirage de la tôle dans le sens CD.

Les dimensions possibles des mailles sont les suivantes
LD : 10 à 40 mm
CD : 5 à 15 mm
L : 0,5 à 3 mm
e = 0,5 à 3 mm.

De même à la figure 25 a été montrée une tôle perforée nervurée.

Cette tôle est fabriquée à partir d'une tôle pleine d'épaisseur e égale à 1 mm environ. La tôle pleine subit d'abord la processus de perforation et ensuite de pliage selon des dimensions présentées ci-dessous :
A = 5 à 20 mm
B = 2 à 10 mm
D = 5 à 20 mm
H = 5 à 20 mm
L : 1 à 2 mm.

A la figure 26 est montré un exemple de tôle perforée à mailles carrées.

Cette grille a été obtenue par un simple processus de perforation d'une tôle pleine. La dimension "d" des mailles peut être comprise entre 5 et 20 mm et la largeur "L" de la lanière varie entre 1 et 5 mm.

L'épaisseur de la tôle est de l'ordre de 1 à 3 mm.

Bien d'autres variantes, dans le mode de mise en oeuvre, peuvent être imaginées et réalisées. En particulier de nombreuses structures "méso" peuvent être créées à partir d'empilages avec écrasement partiel de diverses structures ajourées de base telles que tôles perforées, tôles ondulées, grilles maillées, feuilles de métal déployées, tissées et tricotées, etc...

De mêmes, les applications de l'invention sont multiples et leur emploi apparaît très souple.

Par exemple, plusieurs évaporateurs du type illustré aux figures 7 à 9 peuvent être employés en série les uns derrière les autres, pour former une cascade, en étageant les températures, La vapeur de l'étage de rang n servant de fluide de chauffage pour la vaporisation du fluide de L'étage suivant n + 1.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. - Procédé d'évaporation-condensation de films ruisselants, mettant en oeuvre un échange thermique, à travers au moins une paroi de séparation conductrice thermique, entre un fluide caloporteur de travail porté à une température donnée et un autre fluide, distribué en films ruisselants, soumis au moins partiellement à au moins un changement de phase, c'est-à-dire liquide subissant une évaporation et/ou vapeur subissant une condensation ou une absorption, avec apport ou extraction de chaleur de ou par ledit fluide caloporteur, ledit autre fluide se trouvant à une température différente de celle du fluide caloporteur, ledit procédé étant caractérisé en ce que, de façon à accroître la puissance de transfert thermique entre lesdits fluides, on associe sur au moins sa face sur laquelle sont distribués les films ruisselants, ladite paroi de séparation (2) à une structure de type "méso" (3) dans laquelle ledit fluide ruisselle librement sous forme liquide en mouillant sensiblement complètement ladite structure qui est conductrice thermique et qui fait elle-même partie ou est en étroit contact thermique avec ladite paroi.

2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise une structure "méso (41, 52) pour les volumes en échange thermique aussi bien du fluide caloporteur que de l'autre fluide.

3. - Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'on effectue dans un même espace de travail (30') L'évaporation dudit autre fluide à partir d'un fluide caloporteur chaud à travers une première paroi de séparation, et la condensation des vapeurs formées dudit autre fluide à partir d'un fluide caloporteur froid à travers une seconde paroi de séparation.

4. - Elément d'appareillage pour la mise en oeuvre du procédé selon L'une des revendications précédentes, du type comprenant au moins une paroi de séparation (2) en contact sur une de ses faces avec un fluide caloporteur et sur l'autre de ses faces avec un autre fluide soumis au moins partiellement à au moins un changement de phase, c'est-à-dire liquide subissant une évaporation et/ou vapeur subissant une condensation, avec apport ou extraction de chaleur de ou par ledit fluide caloporteur, ledit élément d'appareillage étant caractérisé en ce qu'il comprend au moins une structure de type "méso" (3) faisant elle-même partie ou étant en étroit contact avec ladite paroi (2) sur une de ses faces et recevant ledit autre fluide (4) dans laquelle structure (3) il ruisselle librement en mouillant sensiblement complètement ladite structure.

5. - Elément d'appareillage selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite structure "méso" (3) est formée par empilement- et/ou écrasement partiel de grilles conductrices thermiques à maillage et structure adaptés.

6. - Elément selon la revendication 4, caractérisé en ce que, s'agissant de la réalisation d'un tube à ailettes, les ailettes (39') sont creuses, formées par une tôle pliée, étant alimentées à leur base par le fluide caloporteur, et leur volume intérieur formant une structure "méso" (52').

7. - Application du procédé, selon l'une quelconque des revendications précédentes, à la construction d'évaporateurs, caractérisée en ce qu'ils comprennent plusieurs tubes (39) alimentés en parallèle par le fluide caloporteur, lesdits tubes étant entourés extérieurement sur la plus grande partie de leur longueur par une structure "méso" (41) dans laquelle est distribué et ruisselle ledit autre fluide ou la solution à évaporer, le tout étant enfermé dans une enceinte (44) dans laquelle se forme et d'où est extraite la vapeur produite.

8. - Application du procédé à la construction de condenseurs ou d'absorbeurs, caractérisée en ce qu'ils comprennent plusieurs tubes disposés sensiblement verticalement alimentés en parallèle par le fluide caloporteur, lesdits tubes étant entourés extérieurement sur la plus grande partie de leur longueur par une structure "méso", le tout étant enfermé dans une enceinte dans Laquelle est amenée la vapeur qui se condense sur la partie externe des tubes en ruisselant dans ladite structure "méso", le condensat étant recueilli vers la base de chaque tube en pied desdites structures "méso".

9. - Evaporateur ou condenseur selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisé en ce que le fluide caloporteur est distribué dans des tubes plats (39, 39') à structure interne "méso".

10. - Application du procédé à la construction d'évaporateurs-condenseurs, caractérisée en ce qu'on associe dans une même enceinte un évaporateur (60) selon la revendication 7, et un condenseur (63) selon la revendication 8.