FR2682175A1

FR2682175A1 - Protection against freezing in liquefied gas vaporiser - utilises chambers with removable deformable walls at inlet and outlet of heat transfer fluid and deformable sealed tubes in exchanger tubes

Info

Publication number: FR2682175A1
Application number: FR9112313A
Authority: FR
Inventors: Bortot Sandro
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-10-07
Filing date: 1991-10-07
Publication date: 1993-04-09
Anticipated expiration: 2011-10-07
Also published as: FR2682175B1

Abstract

Appts. for vaporisation of a liquefied gas comprises: (a) a chamber (1) in which vaporisation of the liquefied gas (3) takes place, (b) a circulation circuit for a heat transfer fluid (7) which flows through a heat exchanger (6) located within the chamber (1) and at least partially in contact with the gas (3), (c) entry and exit chambers (8,9) for the fluid, and the means to absorb expansion (15,16) of the liq., within the chamber and/or the exchanger due to freezing, by deformation. The heat transfer fluid is pref. water. Expansion is absorbed by at least one set of sealed watertight tubes (16) with deformable walls within the heat exchanger (6). In the case of multiple tube exchangers, a deformation tube (16) is located within each tube of the exchanger. USE/ADVANTAGE - No requirement for either a separate dedicated circuit for the vaporiser or an antifreeze. The vaporiser can be supplied from an existing hot water circuit and the cooled water produced can be used for other purposes.

Description

Vaporiseur de gaz liquéfié Protégé contre les conséquences du gel d'un fluide d'apport calorifique.Liquefied gas vaporizer Protected against the consequences of freezing a heat transfer fluid.

La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux appareils de vaporisation ou vaporiseurs permettant de vaporiser un gaz liquéfié, comportant
- une capacité recevant le gaz liquéfié et dans laquelle s'effectue la vaporisation de celui-ci,
- un circuit de circulation d'un fluide d'apport calorifique pour provoquer la vaporisation du gaz liquéfié et comportant
un échangeur thermique disposé à l'intérieur de la susdite capacité pour être baigné au moins partiellement par le gaz liquéfié et destiné à être parcouru par le fluide d'apport calorifique,
des moyens d'entrée pour amener le fluide d'apport calorifique dans ltéchangeur
et des moyens de sortie pour évacuer le fluide d'apport calorifique hors de l'échangeur.The present invention relates to improvements made to vaporization devices or vaporizers for vaporizing a liquefied gas, comprising
- a capacity receiving the liquefied gas and in which the vaporization of the latter takes place,
- a circuit for circulating a heat transfer fluid to cause the vaporization of the liquefied gas and comprising
a heat exchanger disposed inside the above capacity to be bathed at least partially by the liquefied gas and intended to be traversed by the heat transfer fluid,
inlet means for bringing the heat transfer fluid into the exchanger
and outlet means for discharging the heat transfer fluid from the exchanger.

Les gaz liquéfiés, pour être utilisés à l'état gazeux doivent être vaporisés, ce qui impose un apport calorifique. Cet apport peut être assuré par une circulation, dans le vaporiseur, d'un fluide d'apport calorifique qui, de façon économique, peut être de l'eau chaude. La température de vaporisation de la plupart des gaz liquéfiés étant inférieure à 0 C, il y a risque de gel si l'eau ne contient pas un agent antigel. The liquefied gases, to be used in the gaseous state must be vaporized, which imposes a calorific contribution. This supply can be provided by a circulation, in the vaporizer, of a heat transfer fluid which, economically, can be hot water. Since the vaporization temperature of most liquefied gases is below 0 C, there is a risk of freezing if the water does not contain an antifreeze agent.

Le gel de l'eau d'apport calorifique contenue dans un vaporiseur provoque l'éclatement de ce dernier, qui s'accompagne en outre d'une fuite importante de gaz liquéfiés. Dans le cas de gaz de pétroles liquéfiés, par exemple de propane, cela peut être grave de conséquence. The freezing of the heat supply water contained in a vaporizer causes the latter to burst, which is also accompanied by a significant leak of liquefied gases. In the case of liquefied petroleum gases, for example propane, this can be of serious consequence.

Le risque de gel exclut donc la possibilité d'alimenter les vaporiseurs à partir d'un circuit d'eau chaude existant (chauffage de bâtiment, de serres...) ou de récupérer les calories d'un circuit d'eau de rejet (refroidissement de machines, évacuation de condensat...), ces différents circuits n'étant en général pas protégés contre les risques de gel. The risk of freezing therefore excludes the possibility of supplying the vaporizers from an existing hot water circuit (building, greenhouse heating, etc.) or recovering the calories from a waste water circuit ( machine cooling, condensate removal, etc.), these different circuits are generally not protected against the risk of frost.

I1 en résulte que le circuit d'eau d'apport calorifique circulant dans les vaporiseurs doit en général être spécifique à ces derniers, d'où un surcoût d'installation et d'entretien. As a result, the circuit of calorific supply water circulating in the vaporizers must generally be specific to the latter, hence an additional installation and maintenance cost.

La présente invention a essentiellement pour but de remédier aux inconvénients précités des vaporiseurs de l'état de la technique et de proposer un agencement perfectionné de vaporiseur permettant l'utilisation d'un circuit de fluide existant (notamment d'eau chaude), non protégé contre le gel, afin d'éviter la création d'une chaufferie et d'un circuit d'eau spécifique au vaporisateur et de permettre une économie importante sur le coût de l'ensemble de l'installation de vaporisation. The main object of the present invention is to remedy the aforementioned drawbacks of prior art vaporizers and to propose an improved arrangement of vaporizers allowing the use of an existing fluid circuit (in particular hot water), unprotected against freezing, in order to avoid the creation of a boiler room and a specific water circuit for the vaporizer and to allow a significant saving on the cost of the entire vaporization installation.

A ces fins, l'invention propose un appareil de vaporisation ou vaporiseur du type cité au préambule qui, étant agencé conformément à l'invention, se caractérise essentiellement en ce qu'il comprend en outre des moyens d'absorption de dilatation disposés dans la capacité et/ou l'échangeur thermique et aptes à se déformer en cas de gel, et donc d'augmentation de volume, du fluide d'apport calorifique. For these purposes, the invention provides a vaporization device or vaporizer of the type mentioned in the preamble which, being arranged in accordance with the invention, is essentially characterized in that it further comprises expansion absorption means arranged in the capacity and / or heat exchanger and able to deform in the event of freezing, and therefore of increase in volume, of the heat transfer fluid.

Selon un premier aspect de l'invention, on prévoit que les moyens d'absorption de dilatation comprennent au moins une poche d'écrasement à parois déformables disposée à l'intérieur de l'échangeur thermique de manière que, en cas de gel du fluide d'apport calorifique contenu à l'intérieur de l'échangeur thermique, l'augmentation de volume du fluide gelé soit absorbé par une déformation des parois de la poche provoquant un écrasement de celle-ci. According to a first aspect of the invention, provision is made for the expansion absorption means to comprise at least one crushing pocket with deformable walls disposed inside the heat exchanger so that, in the event of fluid freezing of heat input contained inside the heat exchanger, the increase in volume of the frozen fluid is absorbed by a deformation of the walls of the pocket causing it to be crushed.

Dans le cas où l'échangeur comprend une multiplicité de tubes d'échange thermique, il est souhaitable que ces poches d'écrasement soient en nombre égal à celui des tubes d'échange thermique et disposées chacune dans un de ces derniers. De préférence, chaque poche d'écrasement est constituée par un élément tubulaire fermé de façon étanche.In the case where the exchanger comprises a multiplicity of heat exchange tubes, it is desirable that these crushing pockets are in number equal to that of the heat exchange tubes and each arranged in one of the latter. Preferably, each crushing pocket is constituted by a tubular element closed in a sealed manner.

Selon un second aspect de l'invention, on prévoit que les moyens d'entrée et les moyens de sortie pour le fluide d'apport calorifique comprennent respectivement une chambre d'entrée raccordée à un conduit d'amenée du fluide d'apport calorifique et une chambre de sortie raccordée à un conduit d'évacuation dudit fluide, chambres qui sont en communication avec l'échangeur thermique et qu'au moins une portion de paroi de la chambre d'entrée et/ou de la chambre de sortie soit déformable sous l'action de l'accroissement de volume résultant du gel du fluide. Du fait que la portion de paroi déformable peut subir des déformations non élastiques et définitives, voire même peut éclater, il est souhaitable qu'elle soit amovible de manière à pouvoir être facilement remplacée après son endommagement. According to a second aspect of the invention, it is provided that the inlet means and the outlet means for the heat transfer fluid respectively comprise an inlet chamber connected to a duct for supplying the heat transfer fluid and an outlet chamber connected to a conduit for discharging said fluid, chambers which are in communication with the heat exchanger and that at least a portion of the wall of the inlet chamber and / or of the outlet chamber is deformable under the action of the increase in volume resulting from the freezing of the fluid. Because the deformable wall portion can undergo non-elastic and definitive deformations, or even can burst, it is desirable that it be removable so that it can be easily replaced after its damage.

Dans la pratique, les dispositions de l'invention trouveront tout leur intérêt, pour la réalisation d'un vaporiseur économique, lorsque le fluide d'apport calorifique est de l'eau. In practice, the provisions of the invention will find all their interest, for the realization of an economic vaporizer, when the heat transfer fluid is water.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation préféré donné uniquement à titre d'exemple illustratif, mais nullement limitatif. Dans cette description, on se réfère au dessin annexé sur lequel la figure unique représente très schématiquement, en coupe, un vaporiseur agencé conformément à l'invention. The invention will be better understood on reading the detailed description which follows of a preferred embodiment given solely by way of illustrative example, but in no way limiting. In this description, reference is made to the appended drawing in which the single figure very schematically represents, in section, a vaporizer arranged in accordance with the invention.

Le vaporiseur agencé selon l'invention comporte
- une capacité 1 qui reçoit le gaz liquéfié par un conduit d'amenée 2 et dans laquelle s'effectue la vaporisation (la phase liquide 3 étant représentée dans la moitié inférieure de la capacité 1 et la phase gazeuse 4 étant représentée dans la moitié supérieure) ;
- un échangeur thermique 5 comportant une multiplicité de tubes d'échange rectilignes 6 dans lesquels circule (de la gauche vers la droite sur la figure) un fluide d'apport thermique tel que de l'eau chaude 7 ;
- une chambre d'entrée d'eau 8 et une chambre de sortie d'eau 9 situées respectivement aux extrémités des tubes d'échange 6 avec lesquels elles sont en communication;;
- une tubulure d'entrée 10 amenant l'eau dans la chambre d'entrée 8
- une tubulure de sortie 11 évacuant l'eau hors de la chambre de sortie 9
- les tubulures d'entrée 10 et de sortie 11 étant raccordées à un circuit hydraulique externe (non représenté);
- un thermostat placé à la sortie de l'eau d'apport calorifique et réglé sur un seuil de température supérieur à 00C
- une vanne automatique 13 placée sur l'arrivée 2 du gaz liquéfié au vaporiseur, commandée par le thermostat 12 par l'intermédiaire d'une liaison 14 ;
- deux plaques de dilatation et/ou d'éclatement 15, par exemple en forme de disque, placées sur une portion de paroi délimitant respectivement les chambres d'entrée 8 et de sortie 9 d'eau ; les disques 15 étant fixés de façon amovibles (par exemple par bridage) sur les parois correspondantes pour pouvoir être facilement remplacés après endommagement ; et
- des poches d'écrasement 16, déformables et écrasables sous l'action d'une pression extérieure, qui sont constituées chacune d'un élément tubulaire fermé de façon étanche et par exemple remplies d'un gaz (par exemple de l'air) sous pression atmosphérique, ces poches étant en nombre égal à celui des tubes d'échange thermique et disposées chacune dans l'un de ceux-ci.The vaporizer arranged according to the invention comprises
- a capacity 1 which receives the liquefied gas through a supply pipe 2 and in which the vaporization takes place (the liquid phase 3 being represented in the lower half of the capacity 1 and the gaseous phase 4 being represented in the upper half );
- A heat exchanger 5 comprising a multiplicity of straight exchange tubes 6 in which circulates (from left to right in the figure) a heat transfer fluid such as hot water 7;
- A water inlet chamber 8 and a water outlet chamber 9 located respectively at the ends of the exchange tubes 6 with which they are in communication;
- an inlet pipe 10 bringing the water into the inlet chamber 8
- an outlet pipe 11 evacuating the water out of the outlet chamber 9
- the inlet 10 and outlet 11 pipes being connected to an external hydraulic circuit (not shown);
- a thermostat placed at the outlet of the heat input water and set to a temperature threshold above 00C
- An automatic valve 13 placed on the inlet 2 of the liquefied gas to the vaporizer, controlled by the thermostat 12 via a link 14;
- Two expansion and / or bursting plates 15, for example disc-shaped, placed on a wall portion delimiting the inlet 8 and outlet 9 water chambers respectively; the discs 15 being detachably fixed (for example by clamping) on the corresponding walls so that they can be easily replaced after damage; and
- crushing pockets 16, deformable and crushable under the action of an external pressure, which each consist of a tubular element closed in a sealed manner and for example filled with a gas (for example air) under atmospheric pressure, these pockets being in number equal to that of the heat exchange tubes and each arranged in one of these.

En fonctionnement normal, l'eau, ayant une température suffisante, assure la vaporisation (en 4) du gaz liquéfié (en 3) et le thermostat 12 maintient la vanne automatique 13 en position d'ouverture pour que le gaz liquéfié arrive librement dans la capacité 1. In normal operation, the water, having a sufficient temperature, evaporates (in 4) the liquefied gas (in 3) and the thermostat 12 maintains the automatic valve 13 in the open position so that the liquefied gas arrives freely in the capacity 1.

Si la température de l'eau sortant de la chambre de sortie 9 vient à descendre en-dessous d'un seuil de température prédéterminé, le thermostat 12 commande la fermeture de la vanne automatique 13. Le gaz liquéfié restant dans la capacité 1 est vaporisé par l'eau d'apport calorifique continuant de circuler ; mais l'admission de gaz liquéfié dans la capacité 1 ne sera ensuite autorisée que si la température de l'eau d'apport calorifique remonte audessus du seuil de réglage du thermostat (ce seuil pouvant être identique au seuil de fermeture de la vanne ou au contraire lui être supérieur). If the temperature of the water leaving the outlet chamber 9 drops below a predetermined temperature threshold, the thermostat 12 controls the closing of the automatic valve 13. The liquefied gas remaining in the capacity 1 is vaporized by the calorific input water continuing to circulate; but the admission of liquefied gas into capacity 1 will then only be authorized if the temperature of the heat input water rises above the thermostat adjustment threshold (this threshold may be identical to the valve closing threshold or to the otherwise be superior to him).

Dans le cas maintenant où le thermostat et/ou la vanne automatique ne fonctionnerait pas, il se produirait, progressivement, le gel de l'eau d'apport calorifique au contact du froid dégagé par le gaz liquéfié. Le gel commencerait par l'eau contenue dans les tubes d'échange 6 en raison de l'importance de la surface de contact eu égard à la petitesse du volume d'eau. Les poches d'écrasement 16, d'un volume et d'une souplesse suffisants, se déforment alors en s'écrasant sous l'effort de compression exercé par la glace qui occupe un volume supérieur à celui de l'eau non gelée. Si les conditions ayant conduit au gel de l'eau contenue dans les tubes d'échange se maintiennent, par conductibilité thermique ou par suite de la température ambiante l'eau contenue dans les chambres d'entrée et/ou de sortie va également geler. Alors les portions de paroi déformables 15 se déforment sous l'action de la poussée exercée par la glace et, à l'extrême, éclatent. In the case now where the thermostat and / or the automatic valve does not work, there would occur, gradually, the freezing of the calorific supply water in contact with the cold released by the liquefied gas. The gel would start with the water contained in the exchange tubes 6 because of the size of the contact surface having regard to the smallness of the volume of water. The crushing pockets 16, of sufficient volume and flexibility, then deform by crushing under the compressive force exerted by the ice which occupies a volume greater than that of unfrozen water. If the conditions which led to the freezing of the water contained in the exchange tubes are maintained, by thermal conductivity or as a result of ambient temperature the water contained in the inlet and / or outlet chambers will also freeze. Then the deformable wall portions 15 deform under the action of the thrust exerted by the ice and, in the extreme, burst.

Grâce à l'agencement de l'invention l'éclatement des parties essentielles du vaporiseur est ainsi évité
- soit préventivement par arrêt automatique de la vaporisation,
- soit par dilatation/écrasement des poches déformables et/ou déformation/éclatement de portions de parois déformables qui sont aisément remplaçables.Thanks to the arrangement of the invention, the bursting of the essential parts of the vaporizer is thus avoided
- either preventively by automatic cessation of spraying,
- Either by expansion / crushing of the deformable pockets and / or deformation / bursting of portions of deformable walls which are easily replaceable.

Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus particulièrement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. As goes without saying and as it already follows from the above, the invention is in no way limited to those of its modes of application and embodiments which have been more particularly envisaged; on the contrary, it embraces all its variants.

Claims

1. Vaporization apparatus for vaporizing a liquefied gas, comprising

- a capacity (1) receiving the liquefied gas (3) and in which the vaporization of the latter takes place,

- a circuit for circulating a heat transfer fluid (7) to cause the vaporization of the liquefied gas and comprising

a heat exchanger (6) disposed inside the above capacity (1) to be bathed at least partially by the liquefied gas (3) and intended to be traversed by the heat transfer fluid (7),

inlet means (8) for bringing the heat transfer fluid into the exchanger,

and outlet means (9) for evacuating the heat transfer fluid from the exchanger, characterized in that it also comprises expansion absorption means (15, 16) arranged in the capacity (1) and / or the heat exchanger (6) and able to deform in the event of freezing, and therefore of increase in volume, of the heat transfer fluid.

2. vaporization apparatus according to claim 1, characterized in that the expansion absorption means comprise at least one crushing pocket (16) with deformable walls disposed inside the heat exchanger so that, in in the case of freezing of the heat transfer fluid contained inside the heat exchanger, the increase in volume of the frozen fluid is absorbed by a deformation of the walls of the pocket causing it to be crushed.

3. vaporization apparatus according to claim 2, wherein the exchanger comprises a multiplicity of heat exchange tubes (6), characterized in that it comprises several crushing pockets (16) which are equal in number to that heat exchange tubes (6) and which are each arranged in a heat exchange tube (6).

4. vaporization apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that each crushing pocket is constituted by a tubular element closed in a sealed manner.

5. vaporization apparatus according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the inlet means and the outlet means for the heat transfer fluid respectively comprise an inlet chamber (8) connected to a duct (10) for supplying the heat transfer fluid and an outlet chamber (9) connected to a duct (11) for discharging said fluid, chambers which are in communication with the heat exchanger and in that at at least a portion (15) of the wall of the inlet chamber and / or of the outlet chamber is deformable under the action of the increase in volume resulting from the freezing of the fluid.

6. Vaporization apparatus according to claim 5, characterized in that the portion (15) of deformable wall is removable to be replaceable.

7. Vaporization apparatus according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the heat transfer fluid is batten.