FR2995395A1 - Dispositif de condensation d'un fluide caloporteur pour un circuit d'une installation de production d'energie destinee a etre immergee sous une etendue d'eau, installation et procede associes - Google Patents

Abstract

Ce dispositif comprend un condenseur aval, propre à être monté en aval d'une turbine de détente du fluide caloporteur pour condenser le fluide caloporteur détendu issu de la turbine. Le condenseur aval forme un système (40) de distillation d'un liquide réfrigérant pressurisé introduit dans le condenseur aval pour être mis en relation d'échange thermique avec le fluide caloporteur.

Description

Dispositif de condensation d'un fluide caloporteur pour un circuit d'une installation de production d'énergie destinée à être immergée sous une étendue d'eau, installation et procédé associés La présente invention concerne un dispositif de condensation d'un fluide caloporteur pour un circuit d'une installation de production d'énergie destinée à être immergée sous une étendue d'eau, le dispositif comprenant : - un condenseur aval, propre à être monté en aval d'une turbine de détente du fluide caloporteur pour condenser le fluide caloporteur détendu issu de la turbine. L'installation de production d'énergie est par exemple embarquée dans un engin sous-marin, tel qu'un sous-marin à propulsion nucléaire. En variante, l'installation de production d'énergie est une installation immergée dans une étendue d'eau ou fixée sur le fond d'une étendue d'eau, telle qu'une centrale nucléaire immergée. L'installation de production d'énergie comprend une chaudière destinée à chauffer un circuit primaire, un échangeur de chaleur interposé entre le circuit primaire et un circuit vapeur secondaire sur lequel est monté le dispositif du type précité. La chaudière est par exemple une chaudière nucléaire. D'une manière connue, la vapeur secondaire produite par échange thermique avec le circuit primaire est détendue dans une turbine de détente, puis est amenée dans un dispositif du type précité pour y être condensée. Ceci provoque une baisse de pression en aval de la turbine de détente et donc un entraînement de vapeur dans la turbine. Le dispositif de condensation comporte un condenseur aval monté en aval de la turbine. Un fluide de refroidissement est pompé dans le condenseur aval pour entrer en relation d'échange thermique sans contact avec la vapeur secondaire et provoquer sa condensation.

Le dispositif du type précité est donc crucial en terme de sécurité de l'installation. En effet, le condenseur aval introduit une puissance thermique de refroidissement transmissible au circuit primaire à travers l'échangeur thermique, par exemple en cas d'emballement de la chaudière. Dans le cas d'un engin sous-marin, le fluide de refroidissement utilisé pour refroidir le condenseur aval est récupéré à l'extérieur de la coque du sous-marin et est mis en circulation en regard d'un conduit de circulation de vapeur dans le condenseur. Un tel dispositif est efficace en tant que condenseur. Toutefois, les calories évacuées par le condenseur ne sont pas utilisées et sont évacuées avec le fluide de refroidissement réchauffé.

Un but de l'invention est donc de fournir un dispositif de condensation d'un fluide caloporteur pour un circuit vapeur d'une installation de production d'énergie, qui utilise la chaleur évacuée par le circuit, tout en assurant les fonctions normales de refroidissement et de sécurité du circuit. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de condensation du type précité, caractérisé en ce que le condenseur aval forme un système de distillation d'un liquide réfrigérant pressurisé introduit dans le condenseur aval pour être mis en relation d'échange thermique avec le fluide caloporteur. Le dispositif selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristique(s) suivante(s) prise(s) isolément ou suivant toute combinaison techniquement possible : - le système de distillation comporte une bâche recevant le liquide réfrigérant pressurisé, et un caisson de distillation raccordé à la bâche, le caisson étant avantageusement disposé dans la bâche ; - le système de distillation comprend : - un compartiment amont délimitant une alvéole amont ; - un conduit de circulation de fluide caloporteur, disposé dans l'alvéole amont ou au contact du compartiment amont ; - un premier organe de distribution de liquide réfrigérant pressurisé sur le conduit de circulation pour évaporer le liquide pressurisé et former un gaz distillé et un liquide résiduel, le compartiment amont délimitant : - une ouverture supérieure de collecte du gaz distillé ; - une ouverture inférieure de récupération du liquide résiduel ; - il comporte au moins un deuxième compartiment, disposé en aval du compartiment amont, le deuxième compartiment comportant un conduit de condensation du gaz distillé, raccordé à l'ouverture supérieure de collecte du compartiment amont ; et un deuxième organe de distribution de liquide réfrigérant pressurisé dans le deuxième compartiment. - il comporte : - un compartiment aval, disposé en aval du compartiment amont, le compartiment aval comprenant un conduit aval de condensation destiné à recueillir le gaz distillé dans un compartiment situé en amont du compartiment aval ; - un organe aval de distribution de liquide réfrigérant pressurisé dans le compartiment aval, le conduit aval de condensation faisant saillie dans la bâche, à la sortie du compartiment aval, pour mettre en relation d'échange thermique le distillat circulant dans le conduit aval de condensation et le liquide réfrigérant pressurisé présent dans la bâche. - le deuxième organe de distribution et/ou l'organe aval de distribution est apte à s'ouvrir spontanément sous l'effet d'une différence de pression entre le liquide réfrigérant pressurisé et le fluide présent dans l'alvéole amont. - le deuxième organe de distribution et/ou l'organe aval de distribution comporte un clapet, un cylindre maintenu à une pression inférieure à celle du liquide réfrigérant pressurisé, et un ressort de sollicitation reçu dans le cylindre, et sollicitant le clapet ; - le système de distillation comporte un organe de communication fluidique débouchant dans le fond du compartiment amont, l'organe de communication étant apte à s'ouvrir spontanément lorsque la différence entre la pression du liquide pressurisé et la pression du fluide présent dans l'alvéole amont est inférieure à un seuil donné ; - le système de distillation comporte une pompe d'évacuation d'un liquide formé à partir du liquide résiduel collecté dans le compartiment amont ; - le système de distillation comporte une pompe de récupération d'un distillat liquide formé à partir du gaz distillé récupéré dans le compartiment amont ; - il comporte un conduit de dérivation raccordant un conduit situé en aval de la pompe de récupération à un conduit situé en aval de la pompe d'évacuation. L'invention a également pour objet une installation de production d'énergie destinée à être immergée sous une étendue d'eau, caractérisée en ce qu'elle comporte : - un ensemble de vaporisation d'un fluide caloporteur ; - une turbine de détente raccordée à l'ensemble de chauffage pour recevoir le fluide caloporteur vaporisé ; - un dispositif tel que décrit plus haut, le condenseur aval formant système de distillation étant raccordé à la turbine de détente pour recevoir le fluide caloporteur détendu issu de la turbine de détente et le condenser ; l'installation comprenant un réceptacle de réception d'un distillat obtenu à partir du système de distillation. L'invention a également pour objet un procédé de condensation d'un fluide caloporteur dans un circuit d'une installation de production d'énergie destinée à être immergé sous une étendue d'eau, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - fourniture d'un dispositif tel que décrit plus haut ; - circulation d'un fluide caloporteur détendu issu d'une turbine de détente dans le condenseur aval formant système de distillation ; - échange thermique entre le fluide caloporteur et un liquide réfrigérant pressurisé ; - distillation du liquide réfrigérant pressurisé dans le système de distillation pour former un distillat et un liquide résiduel.

Le procédé selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs de caractéristique(s) suivante(s) prise(s) isolément ou suivant toute combinaison techniquement possible : - le système de distillation comprend : - un compartiment amont délimitant une alvéole amont ; - un conduit de circulation de fluide caloporteur, disposé dans l'alvéole ou au contact du compartiment amont ; - un premier organe de distribution de liquide réfrigérant pressurisé sur le conduit de circulation pour évaporer le liquide pressurisé et former un gaz distillé et un liquide résiduel, le compartiment amont délimitant : - une ouverture supérieure de collecte du gaz distillé ; - une ouverture inférieure de récupération du liquide résiduel ; - le liquide réfrigérant pressurisé étant distribué sur le conduit de circulation à travers le premier organe de distribution, le procédé comprenant l'évaporation au moins partielle du liquide réfrigérant pressurisé pour former un gaz distillé, la collecte du gaz distillé à l'ouverture supérieure de collecte et la récupération d'un liquide résiduel à l'ouverture inférieure de récupération ; - il comporte une étape de refroidissement du fluide caloporteur sans distillation du liquide réfrigérant pressurisé, l'étape de refroidissement sans distillation comportant le remplissage de l'alvéole du compartiment amont par le liquide réfrigérant pressurisé, puis le pompage du liquide réfrigérant pressurisé hors du compartiment amont pour engendrer une circulation de liquide réfrigérant pressurisé autour du conduit de circulation ; - il comporte une étape de refroidissement du fluide caloporteur issu de la turbine de détente sans distillation et sans pompage du liquide pressurisé, l'étape de refroidissement sans distillation et sans pompage comportant l'ouverture d'un organe de communication disposé dans le fond du compartiment amont, et la circulation de liquide réfrigérant pressurisé depuis l'extérieur du compartiment amont vers l'intérieur du compartiment amont par thermosiphon. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue générale schématique d'une première installation de production d'énergie selon l'invention, immergée dans une étendue d'eau ; - la figure 2 est une vue schématique en coupe partielle d'un premier dispositif de condensation selon l'invention, monté sur l'installation de la figure 1 dans une première configuration d'utilisation en mode distillation ; - la figure 3 est une vue schématique, prise en coupe partielle d'un organe de pulvérisation d'un fluide réfrigérant liquide dans un compartiment du dispositif de la figure 2; - la figure 4 est une vue schématique en coupe partielle d'un organe de vidange, présent au pied d'un compartiment du dispositif de la figure 2; - la figure 5 est une vue analogue à la figure 2, dans une deuxième configuration d'utilisation en mode condensation avec circulation de fluide réfrigérant ; - la figure 6 est une vue analogue à la figure 2 dans encore une troisième configuration d'utilisation en mode condensation sans circulation de fluide réfrigérant.

Dans tout ce qui suit, les termes « amont » et « aval » s'entendent généralement par rapport au sens de circulation normale d'un fluide. Les termes « supérieur », « inférieur » s'entendent de manière relative par rapport aux orientations choisies sur les figures. Une première installation 10 de production d'énergie destinée à être immergée sous une étendue d'eau 11 est représentée sur la figure 1. L'installation 10 est avantageusement disposée dans un engin sous-marin 12 représenté schématiquement sur la figure 1. Avantageusement, l'engin sous-marin 12 est un sous-marin, tel qu'un sous-marin à propulsion nucléaire. En variante, l'installation 10 est une centrale de production d'électricité totalement immergée dans une étendue d'eau 11, par exemple fixée sur le fond de l'étendue d'eau 11. L'installation 10 est disposée à une profondeur supérieure à 30 m et notamment comprise entre 30 m et 300 m sous la surface de l'étendue d'eau 11. L'installation de production d'énergie 10 est destinée à produire une énergie mécanique convertie en électricité. Elle comporte, de manière connue, une chaudière 14, un circuit primaire 16 de circulation d'un fluide caloporteur primaire et un échangeur de chaleur principal 18. L'installation 10 comporte en outre un circuit secondaire 20 de circulation d'un fluide caloporteur secondaire formé par exemple par de la vapeur d'eau, une turbine 22 de détente du fluide caloporteur secondaire et un dispositif 24 de condensation du fluide caloporteur secondaire détendu issu de la turbine 22. La chaudière 14 est avantageusement une chaudière nucléaire comportant un coeur contenant un combustible nucléaire. Le circuit primaire 16 comporte une conduite chaude 26 alimentée en fluide primaire réchauffé dans la chaudière 14, pour amener ce fluide primaire réchauffé vers l'échangeur de chaleur 18. Le circuit primaire 16 comporte en outre une conduite aval 28 destinée à convoyer le fluide primaire refroidi dans l'échangeur 18 vers la chaudière 14. L'échangeur de chaleur 18 est apte à placer en relation d'échange thermique sans contact le fluide primaire circulant dans le circuit primaire 16 avec le fluide secondaire circulant dans le circuit secondaire 20. Le circuit secondaire 20 comporte une tubulure chaude amont 30 raccordant l'échangeur de chaleur 18 à la turbine de détente 22 pour alimenter la turbine de détente 22 en fluide secondaire vaporisé, une tubulure intermédiaire 32 raccordant la turbine de détente 22 au dispositif de condensation 24 pour récupérer le fluide secondaire détendu dans la turbine 22 et le convoyer vers le dispositif de condensation 24, et une tubulure froide aval 34 raccordant le dispositif de condensation 24 à l'échangeur 18 pour convoyer le fluide caloporteur secondaire au moins partiellement condensé dans le dispositif 24 vers l'échangeur 18. La turbine de détente 22 est entraînée en rotation par le fluide caloporteur secondaire s'écoulant entre la tubulure amont 30 et la tubulure intermédiaire 32. La turbine 22 est couplée à un rotor d'un générateur électrique pour produire de l'énergie électrique lors de la rotation de la turbine. L'énergie électrique produite par le générateur est distribuée dans l'engin sous-marin 12 pour l'alimenter électriquement, notamment en vue de sa propulsion et/ou du fonctionnement des organes électriques présents dans l'engin 12. En variante, l'énergie électrique produite par le générateur est envoyée vers la surface de l'étendue d'eau. Selon l'invention, le dispositif de condensation 24 est formé par un système de distillation multi-effets 40 propre à distiller un liquide réfrigérant pressurisé fourni au dispositif 24. Le système de distillation 40 est apte à produire un distillat purifié et un liquide résiduel, à partir du liquide réfrigérant pressurisé, en utilisant les calories récupérées dans le fluide caloporteur. Avantageusement, le liquide réfrigérant pressurisé est de l'eau sous pression provenant de l'étendue d'eau 11. Cette eau est généralement salée. Le distillat formé dans le système 40 est appauvri en sel, alors que le liquide résiduel est enrichi en sel et forme une saumure. Comme illustré sur la figure 2, le système de distillation 40 comporte une coque extérieure 42 délimitant une bâche 44 de réception d'un liquide réfrigérant pressurisé à distiller, un caisson de distillation 46, avantageusement disposé dans la bâche 44, et un conduit 48 de circulation de fluide caloporteur à condenser faisant saillie dans le caisson 46.

Le système de distillation 40 comporte en outre un ensemble 50 de récupération de distillat, et un ensemble 52 de collecte et d'évacuation de liquide résiduel. Le système de distillation 40 est avantageusement disposé dans la coque épaisse de l'engin sous-marin 12.

La coque extérieure 42 est alimentée en un liquide pressurisé prélevé à l'extérieur de l'engin sous-marin 12. Le liquide pressurisé est par exemple à une pression supérieure à 3 bars, notamment comprise entre 3 bars et 30 bars. Dans l'exemple représenté sur la figure 2, le caisson 46 est disposé dans la bâche 44. Plus généralement, le caisson 46 comporte une paroi extérieure 60 résistant à la pression et au moins une cloison interne 62A, 62B délimitant une pluralité de compartiments 64A, 64B, 640 de distillation successifs pour former un système multieffets. Chaque compartiment 64A à 64C délimite intérieurement une alvéole 66A à 66C.

La paroi 60 est résistante à la pression du liquide pressurisé présent dans la bâche 44. Elle est par exemple en forme de cylindre ou de parallélépipède. Le caisson 46 comporte au moins un compartiment amont 64A et un compartiment aval 64C. Dans l'exemple représenté sur la figure 2, le caisson 46 comporte en outre un compartiment intermédiaire 64B interposé entre le compartiment amont 64A et le compartiment aval 640. Le compartiment amont 64A est délimité par la paroi 60 et par une cloison intermédiaire 62A le séparant d'un compartiment intermédiaire 64B et/ou du compartiment aval 640. Il délimite une alvéole amont 66A, une ouverture supérieure 68A ménagée à travers la paroi 60 pour communiquer hydrauliquement avec une partie supérieure de la bâche 44 et une ouverture inférieure 70 ménagée à travers la paroi 60 pour communiquer hydrauliquement avec une partie inférieure de la bâche 44. Le premier compartiment 64A est muni d'un organe 72A de distribution de liquide réfrigérant à travers l'ouverture supérieure 68A et d'un organe 74A de communication fluidique à travers l'ouverture inférieure 70. Le compartiment 64A délimite en outre une ouverture latérale supérieure 76A d'évacuation de gaz distillé et une ouverture latérale inférieure 78A d'évacuation de liquide résiduel. Les ouvertures latérales 76A, 78A sont ménagées dans la cloison interne 62A.

L'ouverture supérieure 68A raccorde la bâche 44 à l'alvéole 66A. Avantageusement, l'ouverture supérieure 68A est ménagée dans une partie supérieure de la paroi 60 pour permettre l'écoulement spontané par gravité de liquide réfrigérant depuis la bâche 44 vers l'alvéole 66A. L'organe de distribution 72A de liquide réfrigérant est ouvert en permanence. Il comprend un diffuseur.

Un exemple de réalisation de l'organe de communication 74A est illustré par la figure 4. Cet organe 74A comprend un clapet inférieur 102, un cylindre inférieur 104, un piston inférieur 106 disposé dans le cylindre 104 et un ressort inférieur 108 de sollicitation du piston inférieur 106. Il comporte en outre une tubulure 110 d'entrée du fluide présent dans l'alvéole 66A débouchant dans le cylindre 104, et une tubulure 112 d'évacuation de fluide hors du cylindre 104. Le clapet inférieur 102 comporte un obturateur inférieur 114 disposé dans la bâche 44 et une tige inférieure 116 déplaçable conjointement avec le piston inférieur 106. Le clapet inférieur 102 est mobile entre une position supérieure appliquée contre la paroi 60 autour de l'ouverture inférieure 70 pour obturer cette ouverture et une position inférieure placée à l'écart de la paroi 60 pour dégager l'ouverture 70 et permettre le passage de fluide entre la bâche 44 et l'alvéole 66A à travers l'ouverture 70. Le piston 106 délimite dans le cylindre 104 une chambre supérieure 118 raccordée à la tubulure d'entrée 110 et la tubulure d'évacuation 112 et une chambre inférieure 120 maintenue à une pression inférieure à celle régnant dans la bâche 44, par exemple à pression atmosphérique. Le ressort 108 est reçu dans la chambre inférieure 120. Ainsi, lorsque la pression présente à l'intérieur de l'alvéole 66A, transmise dans la chambre supérieure 118 par la tubulure 110, est à peu près égale à la pression régnant dans la bâche 44, le ressort 108 sollicite le clapet inférieur 102 vers sa position inférieure pour dégager l'ouverture de communication 70. Au contraire, lorsque la différence de pression entre l'alvéole 66A et la bâche 44 est supérieure à un seuil déterminé, la pression appliquée sur le piston 106 par l'obturateur 114 et la tige inférieure 106 s'oppose à la force de sollicitation du ressort 108, et maintient le clapet inférieur 102 en position fermée.

En référence à la Figure 2, le conduit de circulation 48 de fluide caloporteur est disposé en saillie dans l'alvéole amont 66A. Il présente par exemple une forme tortueuse, notamment de serpentin ou est composé d'un faisceau de tubes parallèles. Dans l'exemple représenté sur la figure 2, le caisson 46 comporte un compartiment intermédiaire 64B. Dans une variante, le nombre de compartiments intermédiaires 64B est supérieur ou égal à 1 et est par exemple compris entre 1 et 3.

Chaque compartiment intermédiaire 64B est délimité par deux cloisons intermédiaires 62A, 62B. Il comporte un conduit intermédiaire 120 de condensation de gaz évaporé dans un compartiment 64A situé en amont, afin de former un distillat liquide. Le compartiment intermédiaire 64B délimite une alvéole intermédiaire 66B et une ouverture supérieure 68B d'injection de liquide réfrigérant. Il comporte en outre une ouverture latérale supérieure 76B d'évacuation de gaz évaporé dans le compartiment intermédiaire 64B et une ouverture latérale inférieure 78B d'évacuation de liquide résiduel collecté dans le fond du compartiment intermédiaire 64B. Le compartiment intermédiaire 64B est muni d'un organe 72B de distribution de liquide réfrigérant pressurisé. A la différence de l'organe de distribution 72A disposé dans l'ouverture supérieure 68A, l'organe de distribution 72B est propre à obturer spontanément l'ouverture 68B pour empêcher le passage de liquide réfrigérant entre la bâche 44 et le compartiment 64B lorsque la différence de pression entre l'alvéole 66B et la bâche 44 est inférieure à un seuil donné.

Il est propre à s'ouvrir spontanément pour distribuer du liquide réfrigérant depuis la bâche 44 vers l'alvéole 66B lorsque la différence de pression entre l'alvéole 66B et la bâche 44 est supérieure au seuil donné, notamment lorsqu'un volume gazeux est présent dans l'alvéole 66B. Un exemple d'organe de distribution 72B est illustré par la figure 3. Cet organe 72B comprend un diffuseur 80, un clapet supérieur 82 monté mobile dans le diffuseur 80, un cylindre supérieur 84, un piston supérieur 86 monté mobile dans le cylindre supérieur 84 et un ressort 88 de sollicitation du clapet 82. Le diffuseur 80 est par exemple formé par un organe ajouré monté dans l'alvéole 66A autour de l'ouverture supérieure 68B. Il est propre à engendrer une pulvérisation sous forme de gouttes du liquide réfrigérant pressurisé introduit dans l'alvéole 66B. Le clapet 82 comprend un obturateur 90 et une tige d'actionnement 92 déplaçable conjointement avec le piston 86. Comme on le verra plus bas, le clapet 82 est mobile entre une position supérieure de fermeture de l'ouverture supérieure 68B dans laquelle il est plaqué contre la paroi 60 autour de l'ouverture supérieure 68B pour empêcher le passage de liquide réfrigérant, et une position inférieure disposée à l'écart de la paroi 60 pour permettre le passage de liquide réfrigérant dans le diffuseur 80. Le cylindre supérieur 84 définit une chambre 94 de circulation du piston supérieur 86 maintenue à une pression inférieure à celle régnant dans la bâche 44, par exemple à pression atmosphérique. Le ressort 88 est interposé entre le fond du cylindre 84 et le piston supérieur 86 pour solliciter en permanence le piston 86 et le clapet supérieur 82 vers la position supérieure de fermeture. Ainsi, au repos, lorsque la différence de pression entre l'alvéole 66B et la bâche 44 est nulle ou inférieure à un seuil donné, le ressort 88 maintient le clapet 82 dans sa position supérieure de fermeture. Lorsque la pression diminue dans l'alvéole 66B, et au-delà d'un seuil de pression donnée, le liquide réfrigérant pressurisé présent dans la bâche 44 pousse spontanément le clapet 82 de sa position supérieure vers sa position inférieure à l'encontre de la force de sollicitation du ressort 88.

L'ouverture supérieure intermédiaire 68B raccorde la bâche 44 à l'alvéole 66B. Elle est obturée sélectivement par l'organe de distribution 72B. Avantageusement, l'ouverture supérieure intermédiaire 68B est ménagée dans une partie supérieure de la paroi 60 pour permettre un écoulement par gravité de liquide réfrigérant depuis la bâche 44 vers l'alvéole 66B.

Le conduit intermédiaire de condensation 120 débouche en amont dans l'ouverture supérieure 76A d'évacuation des gaz d'un compartiment adjacent 64A situé en amont. Il présente par exemple une forme tortueuse, notamment une forme de serpentin ou est composé d'un faisceau de tubes parallèles. Il est raccordé en aval à l'ensemble de récupération de distillat 52. Il est disposé en dessous et en regard de l'organe de distribution de liquide réfrigérant 72B. Le compartiment aval 640 délimite une alvéole aval 660, une ouverture supérieure 680 d'injection de liquide réfrigérant, une ouverture latérale supérieure 760 d'évacuation, raccordée à un serpentin de réchauffage 128 du liquide de la bâche 44, avantageusement placé en partie basse de celle-ci, une pompe à vide 122 et une ouverture latérale inférieure 780 raccordée en aval à l'ensemble 52 de collecte et d'évacuation de liquide résiduel. Le compartiment aval comporte un organe aval 720 de distribution de liquide réfrigérant dans l'alvéole 660 et un conduit aval 124 de condensation de gaz évaporé dans un compartiment amont 64B adjacent.

L'ouverture supérieure 680 raccorde la bâche 44 à l'alvéole 660. Elle est obturée sélectivement par l'organe de distribution 720. L'organe de distribution 720 est de structure identique à celle de l'organe 72B. Le conduit aval 124 raccorde une ouverture latérale d'évacuation de gaz 76B d'un compartiment adjacent 64B et l'ensemble 50 de récupération de distillat.

Le conduit 124 présente un tronçon amont 126 disposé dans l'alvéole 660. Le tronçon amont 126 présente par exemple une forme tortueuse de serpentin ou est composé d'un faisceau de tubes parallèles. Dans l'ensemble représenté sur la Figure 2, il débouche dans le conduit 120.

Une entrée de la pompe à vide 122 est piquée dans une partie supérieure de l'alvéole 660. La pompe 122 est apte à maintenir un vide dans les alvéoles 66A à 660 pour abaisser la température d'évaporation. La pression est décroissante entre les alvéoles 66A, 66B, 660 pour que la température soit également décroissante, par exemple : 60°C dans l'alvéole 66A, 50°C dans l'alvéole 66B, 40°C dans l'alvéole 660. L'ensemble de récupération de distillat 50 comporte une pompe 140 à distillat destinée à collecter le distillat condensé dans les conduits 120, 124, un réceptacle 142 de stockage du distillat, et une conduite 144 de distribution du distillat stocké dans le réceptacle 142.

L'ensemble de récupération 50 comporte en outre une conduite intermédiaire 146 raccordant une sortie de refoulement de la pompe à distillat 140 à la bâche 142 et une conduite de dérivation 148. La pompe à distillat 140 est propre à collecter le distillat condensé dans les conduits de condensation 120, 124, et à le convoyer à travers la conduite intermédiaire 146 jusqu'au réceptacle 142. La conduite intermédiaire 146 est munie d'une vanne de commande 150. Elle débouche dans le réceptacle 142, par exemple dans une partie supérieure de celui-ci. La conduite de distribution 144 est munie d'une pompe de distribution 152. Elle est propre à permettre la distribution de distillat, par exemple d'eau distillée, vers le volume intérieur de l'engin 12. La conduite de dérivation 148 raccorde une sortie de refoulement de la pompe à distillat 140 à l'ensemble 52 de collecte de liquide résiduel. L'ensemble 52 de collecte de liquide résiduel comprend une pompe d'évacuation 160, une conduite amont 162 d'alimentation de la pompe d'évacuation et une conduite aval 164 de vidange. La conduite amont 162 raccorde l'ouverture latérale inférieure 780 du compartiment aval 640 à une ouverture d'admission de la pompe d'évacuation 160. La conduite aval 164 raccorde une sortie de refoulement de la pompe d'évacuation 160 à une évacuation extérieure à l'engin 12.

La conduite de dérivation 148 est piquée sur la conduite aval 164, en aval de la sortie de refoulement de la pompe 160.

Le fonctionnement de l'installation 10 va maintenant être décrit. Lorsqu'une production d'électricité est souhaitée dans l'engin sous-marin 12, la chaudière 14 est activée pour chauffer le fluide primaire présent dans le circuit primaire 16. Le fluide primaire circule jusqu'à l'échangeur 18 où il cède des calories au fluide caloporteur secondaire. Le fluide caloporteur secondaire se vaporise dans l'échangeur 18 et est convoyé sous forme de vapeur jusqu'à la turbine de détente 22 pour être détendu et entraîner en rotation la turbine 22. La rotation de la turbine entraine le rotor du générateur ce qui produit de l'électricité fournie à l'engin sous-marin 12 ou ramenée en surface. Le fluide caloporteur détendu, sous forme de vapeur, est alors introduit dans le dispositif de condensation 24. Dans un premier mode de fonctionnement, le système de distillation 40 du dispositif de condensation 24 est actif. A cet effet, les alvéoles 66A, 66B, 660 des compartiments 64A, 64B, 640 sont au moins partiellement remplies de gaz. La pression dans les alvéoles 66A à 660 est inférieure à la pression du liquide réfrigérant pressurisé présent dans la bâche 44. Cette pression est maintenue inférieure à la pression atmosphérique sous l'effet de la pompe à vide 122. Le fluide caloporteur sous forme de vapeur circule à travers le conduit de circulation 48. Le liquide pressurisé présent dans la bâche 44 s'écoule alors à travers l'ouverture 68A jusqu'au diffuseur 80 pour être pulvérisé sous forme de gouttes de liquide pressurisé dans l'alvéole 66A. Les gouttes de liquide pressurisé entrent en contact avec le conduit 48 de circulation de vapeur pour échanger thermiquement avec le fluide caloporteur présent dans ce conduit 48. Cet échange thermique provoque la condensation du fluide caloporteur présent dans le conduit de circulation 48. Elle provoque l'évaporation au moins partielle du liquide pressurisé pour former un gaz distillé et un liquide résiduel. Le liquide résiduel s'écoule jusqu'au fond de l'alvéole 66A. Sous l'effet de la pompe à distillat 140, le gaz distillé est entrainé jusqu'à l'ouverture latérale supérieure 76A et entre dans le conduit intermédiaire de condensation 120.

Par ailleurs, la pression dans l'alvéole 66A étant inférieure à celle dans la bâche 44, l'organe inférieur 74A reste obturé. Le liquide résiduel est extrait hors de l'alvéole 66A par l'ouverture latérale inférieure 78A. Sous l'effet de la différence de pression entre le gaz présent dans l'alvéole 66B et le liquide pressurisé présent dans la bâche 44, l'organe intermédiaire 72B de distribution de liquide réfrigérant du compartiment intermédiaire 64B s'ouvre et pulvérise des gouttes de liquide pressurisé sur le conduit intermédiaire de condensation 120 dans l'alvéole 66B.

Dans l'exemple de la Figure 3, le liquide pressurisé pousse le clapet supérieur 90 à l'encontre du ressort supérieur 88. Comme cela a été décrit précédemment, les gouttes de liquide pressurisé s'évaporent au moins partiellement pour former un gaz distillé et un liquide résiduel dans l'alvéole intermédiaire 66B. Le gaz distillé formé dans la première alvéole 66A et circulant dans le conduit intermédiaire 120 est condensé pour former un distillat liquide qui est pompé par la pompe à distillat 140. Le gaz formé dans le compartiment intermédiaire 64B est ensuite évacué à travers l'ouverture latérale supérieure 76B de l'alvéole intermédiaire 66B. Le liquide résiduel présent dans le fond du compartiment 64B est mélangé au liquide provenant du compartiment amont 64A et est évacué à travers l'ouverture latérale inférieure 78B. Puis, le gaz distillé produit dans le compartiment intermédiaire 64B pénètre dans le conduit aval 124. Comme précédemment, la pression dans l'alvéole 66C du compartiment aval 64C étant inférieure à la pression du liquide pressurisé présent dans la bâche 44, l'organe de distribution 72C du compartiment aval 64C s'ouvre spontanément. Ceci provoque la pulvérisation de gouttes de liquide résiduel sur le conduit aval de condensation 124. Un échange thermique se produit alors entre les gouttes de liquide pressurisé et le gaz distillé présent dans le conduit aval 126.

Les gouttes s'évaporent et le gaz ainsi formé est évacué à travers l'ouverture 76C. Le liquide résiduel présent dans l'alvéole 66C se mélange avec les liquides résiduels provenant du compartiment amont 64A et du compartiment intermédiaire 64B. Il est extrait à travers l'ouverture latérale 78C et est pompé, par la pompe d'évacuation 160. Ce liquide résiduel, avantageusement riche en sel, est ensuite évacué hors de l'engin sous-marin 12 par la conduite de vidange 164. Puis, le gaz distillé produit dans le compartiment 64C pénètre dans le conduit aval 128 de réchauffage de la bâche 44. Un échange thermique se produit alors entre le liquide froid de la bâche 44 et le gaz distillé présent dans le conduit 128. Le gaz distillé se condense et est évacué par la pompe à distillat 140, pendant que le liquide de la bâche 44 est réchauffé. Le distillat pompé par la pompe 140, et provenant des différents compartiments 64A, 64B, 64C, est ensuite introduit dans le réceptacle 142 à travers la conduite intermédiaire 146. Il peut ensuite être distribué dans l'engin sous-marin 12 à travers la conduite de distribution 144 et la pompe 152.

Le distillat ainsi formé présente avantageusement une faible teneur en sel.

En particulier, dans le cas où le liquide pressurisé est de l'eau salée sous pression récupérée à l'extérieur de l'engin sous-marin 12, le liquide résiduel forme une saumure riche en sel, alors que le distillat forme de l'eau distillée pauvre en sel. L'échange thermique se produisant entre le distillat condensé circulant dans le conduit 128 et le liquide pressurisé permet de réchauffer le liquide pressurisé avant son introduction dans chaque alvéole 66A, 66B, 660. Ainsi, le rendement de distillation du système 40 est amélioré. De plus, lorsque la bâche 44 forme une coque extérieure autour du caisson de distillation 46, les pertes thermiques issues de ce dernier sont récupérées au sein de la bâche 44 limitant ainsi les pertes globales du système.

Le réceptacle 142 est utilisé avantageusement comme une caisse à débordement. Ce réceptacle 142 sert alors typiquement de pièce de sécurité pour la chaufferie 14, notamment lorsque la chaufferie 14 est une chaufferie nucléaire. Dans ce cas, une paroi intermédiaire sépare le réceptacle 142 pour maintenir en permanence un volume minimal de distillat dans le réceptacle 142. Le trop-plein est évacué dans un compartiment annexe, pour être distribué à la pression d'immersion. Dans ce premier mode de fonctionnement, la pression de gaz dans les alvéoles 66A est maintenue inférieure à la pression atmosphérique par la pompe 122 à des pressions décroissantes comme décrit plus haut. Dans un deuxième mode de fonctionnement, le dispositif de condensation 40 fonctionne comme un condenseur classique. Ce deuxième mode de fonctionnement se produit par exemple lors d'un arrêt momentané de la pompe d'évacuation 160. Le niveau de liquide présent dans chaque alvéole 66A à 660 augmente alors et remplit sensiblement totalement chaque alvéole 66A à 660. Dans ce cas, la pompe 122 est stoppée.

Sous l'effet du liquide sous pression présent dans chaque alvéole 66A, 66B, 660, l'organe de communication 74A s'ouvre pour dégager l'ouverture de communication 70. En particulier, dans l'exemple représenté sur la Figure 4, le ressort 108 fait son effet et déplace le clapet 114 dans sa position inférieure. Dans le même temps et pour les mêmes raisons, les organes de diffusion 72B et 720 se ferment. En particulier, dans l'exemple représenté sur la Figure 3, en l'absence de différence de pression entre l'amont et l'aval, le ressort 86 fait son effet et obture l'ouverture. Une fois chaque alvéole 66A, 66B, 660 remplie de liquide, la pompe d'évacuation 160 est à nouveau activée et le liquide sous pression présent dans la bâche 44 est convoyé dans l'alvéole 66A, à travers l'organe de diffusion 72A et à travers l'organe de communication 74A. Une circulation de liquide se produit donc autour du premier conduit 48 provoquant un échange thermique avec le fluide caloporteur vaporisé présent dans le conduit 48. Ainsi, dans ce mode de fonctionnement, le dispositif 40 est apte à évacuer toute la chaleur produite dans le circuit primaire, sans restriction.

Dans le cas où la pompe d'évacuation 160 ne fonctionne plus, la pompe à distillat 140 peut être activée. Dans ce cas, le liquide présent dans l'alvéole 66A du compartiment amont 64A est pompé à travers le conduit intermédiaire 120 et le liquide présent dans l'alvéole 66B du deuxième compartiment 64B est pompé à travers le conduit aval 126. La conduite de dérivation 148 est alors ouverte pour permettre un refoulement du liquide pompé par la pompe à distillat 140 vers la conduite d'évacuation 164. Dans un troisième mode de fonctionnement, lorsque les pompes 140, 160 sont inactives, au moins une partie de la chaleur présente dans le fluide caloporteur vaporisé circulant dans l'échangeur 48 est évacuée par thermosiphon. A cet effet, l'organe de communication 74A est ouvert. Un thermosiphon s'établit pour que le liquide froid présent dans la bâche 44 s'introduise dans l'alvéole 66A du premier compartiment 64A et remonte dans cette alvéole 66A en remplacement du liquide réfrigérant chauffé par échange thermique avec le fluide caloporteur vaporisé. De plus, un autre thermosiphon s'établit entre le fond de la bâche 44 et la partie supérieure de la bâche 44, qui réfrigère la paroi 60 du caisson 46.

Par suite, même en cas de défaillance totale des pompes 140, 160, le dispositif de condensation 24 est apte à assurer une fonction de sécurisation de l'installation 10, en autorisant un refroidissement du fluide caloporteur circulant au sein de l'installation 10. Cet effet est obtenu de manière totalement passive, dans un dispositif selon l'invention 24, qui peut être utilisé en fonctionnement normal pour distiller un liquide pressurisé, tel que de l'eau de mer. Une fois les alvéoles 66A à 66C remplies d'eau, il est possible de réactiver la distillation. Une aspiration est fournie à travers le piquage d'évacuation 112. Cette aspiration a pour effet de réduire la pression dans la chambre inférieure 118 de l'organe de communication 74A, provoquant ainsi la fermeture du clapet inférieur 102.

La chaleur échangée par le fluide caloporteur présent dans le conduit de circulation 48 augmente la température du liquide présent dans l'alvéole 66A du premier compartiment 64A. Cette température peut être homogénéisée en faisant tourner la pompe à distillat 140 à faible vitesse. Puis, lorsque la température du liquide atteint environ 150°C à 180°C, la pompe d'évacuation 122 est mise en route, ce qui diminue la pression dans les alvéoles 66A à 660 et vaporise une partie du liquide présent dans ces alvéoles 66A à 660. Le cycle de distillation peut alors recommencer. Le dispositif de condensation 24 est donc particulièrement compact et adapté à l'utilisation sous-marine. Il est en outre apte à réaliser, à l'aide d'équipements simples, une désalinisation de l'eau de mer qui est efficace et qui ne remet pas en cause la sûreté nucléaire.

Claims (16)

1. REVENDICATIONS1.- Dispositif (24) de condensation d'un fluide caloporteur pour un circuit (20) d'une installation (10) de production d'énergie destinée à être immergée sous une étendue d'eau (11), le dispositif (24) comprenant un condenseur aval, propre à être monté en aval d'une turbine (22) de détente du fluide caloporteur pour condenser le fluide caloporteur détendu issu de la turbine (22), caractérisé en ce que le condenseur aval forme un système (40) de distillation d'un liquide réfrigérant pressurisé introduit dans le condenseur aval pour être mis en relation d'échange thermique avec le fluide caloporteur.
2. 2.- Dispositif (24) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de distillation (40) comporte une bâche (44) recevant le liquide réfrigérant pressurisé, et un caisson de distillation (46) raccordé à la bâche (44), le caisson étant avantageusement disposé dans la bâche (44).
3. 3.- Dispositif (24) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le système de distillation (40) comprend : - un compartiment amont (64A) délimitant une alvéole amont (66A) ; - un conduit (48) de circulation de fluide caloporteur, disposé dans l'alvéole amont (66A) ou au contact du compartiment amont (64A) ; - un premier organe (72A) de distribution de liquide réfrigérant pressurisé sur le conduit de circulation (48) pour évaporer le liquide pressurisé et former un gaz distillé et un liquide résiduel, le compartiment amont (64A) délimitant : - une ouverture supérieure (76A) de collecte du gaz distillé ; - une ouverture inférieure (78A) de récupération du liquide résiduel.
4. 4.- Dispositif (24) selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un deuxième compartiment (64B), disposé en aval du compartiment amont (64A), le deuxième compartiment (64B) comportant un conduit (120) de condensation du gaz distillé, raccordé à l'ouverture supérieure (76A) de collecte du compartiment amont (64A), et un deuxième organe (72B) de distribution de liquide réfrigérant pressurisé dans le deuxième compartiment (64B).
5. 5.- Dispositif (24) selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, prise en combinaison avec la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte : - un compartiment aval (64C), disposé en aval du compartiment amont (66A), le compartiment aval (66C) comprenant un conduit aval (124) de condensation destiné à recueillir le gaz distillé dans un compartiment (64B) situé en amont du compartiment aval (64C).- un organe aval (720) de distribution de liquide réfrigérant pressurisé dans le compartiment aval (640), le conduit aval de condensation (124) faisant saillie dans la bâche (44), à la sortie du compartiment aval (660) pour mettre en relation d'échange thermique le distillat circulant dans le conduit aval de condensation (124) et le liquide réfrigérant pressurisé présent dans la bâche (44).
6. 6.- Dispositif (24) selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le deuxième organe de distribution (72B) et/ou l'organe aval de distribution (720) est apte à s'ouvrir spontanément sous l'effet d'une différence de pression entre le liquide réfrigérant pressurisé et le fluide présent dans l'alvéole amont (66A).
7. 7.- Dispositif (24) selon la revendication 6, caractérisé en ce que le deuxième organe de distribution (72B) et/ou l'organe aval de distribution (720) comporte un clapet (82), un cylindre (84) maintenu à une pression inférieure à celle du liquide réfrigérant pressurisé, et un ressort de sollicitation (108) reçu dans le cylindre (84), et sollicitant le clapet (82).
8. 8.- Dispositif (24) selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que le système de distillation (40) comporte un organe de communication fluidique (74A) débouchant dans le fond du compartiment amont (64A), l'organe de communication (74A) étant apte à s'ouvrir spontanément lorsque la différence entre la pression du liquide pressurisé et la pression du fluide présent dans l'alvéole amont (64A) est inférieure à un seuil donné.
9. 9.- Dispositif (24) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de distillation (40) comporte une pompe (60) d'évacuation d'un liquide formé à partir du liquide résiduel collecté dans le compartiment amont (64A).
10. 10.- Dispositif (24) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de distillation (40) comporte une pompe (140) de récupération d'un distillat liquide formé à partir du gaz distillé récupéré dans le compartiment amont (64A).
11. 11.- Dispositif (24) selon l'une quelconque des revendications 9 et 10 prises ensemble, caractérisé en ce qu'il comporte un conduit (148) de dérivation raccordant un conduit (146) situé en aval de la pompe de récupération (140) à un conduit (164) situé en aval de la pompe d'évacuation (160).
12. 12.- Installation (10) de production d'énergie destinée à être immergée sous une étendue d'eau (11), caractérisée en ce qu'elle comporte : - un ensemble (18) de vaporisation d'un fluide caloporteur ;- une turbine de détente (22) raccordée à l'ensemble de chauffage pour recevoir le fluide caloporteur vaporisé ; - un dispositif (24) selon l'une quelconque des revendications précédentes, le condenseur aval formant système de distillation (40) étant raccordé à la turbine de détente (22) pour recevoir le fluide caloporteur détendu issu de la turbine de détente (22) et le condenser ; l'installation (10) comprenant un réceptacle (142) de réception d'un distillat obtenu à partir du système de distillation (40).
13. 13.- Procédé de condensation d'un fluide caloporteur dans un circuit (20) d'une installation (10) de production d'énergie destinée à être immergé sous une étendue d'eau (11), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - fourniture d'un dispositif (24) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 ; - circulation d'un fluide caloporteur détendu issu d'une turbine de détente (22) dans le condenseur aval formant système de distillation (40) ; - échange thermique entre le fluide caloporteur et un liquide réfrigérant pressurisé ; - distillation du liquide réfrigérant pressurisé dans le système de distillation (40) pour former un distillat et un liquide résiduel.
14. 14.- Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le système de distillation (40) comprend : - un compartiment amont (64A) délimitant une alvéole amont (66A) ; - un conduit (48) de circulation de fluide caloporteur, disposé dans l'alvéole (66A) ou au contact du compartiment amont (64A) ; - un premier organe (72A) de distribution de liquide réfrigérant pressurisé sur le conduit de circulation (48) pour évaporer le liquide pressurisé et former un gaz distillé et un liquide résiduel, le compartiment amont (64A) délimitant : - une ouverture supérieure (76A) de collecte du gaz distillé ; - une ouverture inférieure (78A) de récupération du liquide résiduel ; le liquide réfrigérant pressurisé étant distribué sur le conduit de circulation (48) à travers le premier organe de distribution (72A), le procédé comprenant l'évaporation au moins partielle du liquide réfrigérant pressurisé pour former un gaz distillé, la collecte du gaz distillé à l'ouverture supérieure de collecte (76A) et la récupération d'un liquide résiduel à l'ouverture inférieure (78A) de récupération.
15. 15.- Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de refroidissement du fluide caloporteur sans distillation du liquide réfrigérant pressurisé, l'étape de refroidissement sans distillation comportant le remplissage de l'alvéole (66A) ducompartiment amont (64A) par le liquide réfrigérant pressurisé, puis le pompage du liquide réfrigérant pressurisé hors du compartiment amont (64A) pour engendrer une circulation de liquide réfrigérant pressurisé autour du conduit de circulation (48).
16. 16.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 14 ou 15, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de refroidissement du fluide caloporteur issu de la turbine de détente (22) sans distillation et sans pompage du liquide pressurisé, l'étape de refroidissement sans distillation et sans pompage comportant l'ouverture d'un organe de communication (74A) disposé dans le fond du compartiment amont (64A), et la circulation de liquide réfrigérant pressurisé depuis l'extérieur du compartiment amont (64A) vers l'intérieur du compartiment amont (64A) par thermosiphon.