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Title:
WORKING FLUID EVAPORATOR FOR AN ETM PLANT COMPRISING A SUITABLE SPRAYING SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/254437
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a working fluid evaporator (10) for an ETM plant, comprising an evaporator body (11), an evaporator bundle (15) which extends along the central axis (X), undergoes a pressure drop along said axis and is suitable for evaporating the working fluid according to an evaporation profile defined according to said pressure drop, and a spraying system (14) comprising a working fluid supply network and a plurality of spray nozzles (22) which are arranged in the supply network and suitable for spraying the working fluid. All the spray nozzles (22) have substantially the same spray rate and the arrangements of the spray nozzles (22) relative to the evaporator bundle (15) are chosen so as to ensure a predetermined spray pattern along the central axis (X) according to the evaporation profile.

Inventors:
CLAUZADE BERTRAND (FR)
Application Number:
EP2020/066813
Publication Date:
December 24, 2020
Filing Date:
June 17, 2020
Export Citation:
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Assignee:
NAVAL ENERGIES (FR)
International Classes:
F01K25/08; F22B27/16; F28B1/02; F28D3/02; F28D3/04; F28D7/16; F28F25/06
Foreign References:
US20020162352A12002-11-07
US20110017432A12011-01-27
EP2754861A12014-07-16
Attorney, Agent or Firm:
DOMENEGO, Bertrand et al. (FR)
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Claims:
REVENDICATIONS

1. Evaporateur (10) d’un fluide de travail pour une centrale ETM, comportant :

- un corps d’évaporateur (1 1 ) de forme allongée s’étendant suivant un axe central (X) ;

- un faisceau d’évaporateurs (15) transportant des eaux chaudes, s’étendant suivant l’axe central (X), subissant une perte de charge le long de cet axe central (X) et apte à évaporer le long de l’axe central (X) le fluide de travail selon un profil d’évaporation définie en fonction de cette perte de charge ;

- un système d’aspersion (14) comprenant un réseau d’alimentation en fluide de travail s’étendant au-dessus du faisceau d’évaporateurs (15) et une pluralité de buses d’aspersion (22) agencées sur le réseau d’alimentation et aptes à asperger le fluide de travail à l’état liquide sur le faisceau d’évaporateurs (15) pour faire évaporer ce fluide de travail ;

l’évaporateur (10) étant caractérisé en ce que l’ensemble des buses d’aspersion (22) présentent sensiblement un même débit d’aspersion et en ce que les dispositions des buses d’aspersion (22) par rapport au faisceau d’évaporateurs (15) sont choisies de sorte à assurer un profil d’aspersion prédéterminé le long de l’axe central (X) en fonction du profil d’évaporation du faisceau d’évaporateurs (15).

2. Évaporateur (10) selon la revendication 1 , comptant en outre un système d’évacuation (17) apte à évacuer le fluide de travail en état gazeux formé par le faisceau d’évaporateurs (15) et disposé le long de l’axe central (X) en fonction du profil d’évaporation du faisceau d’évaporateurs (15).

3. Évaporateur (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le profil d’aspersion prédéterminé présente un débit d’aspersion décroissant le long de l’axe central (X) selon la direction de transport des eaux chaudes par le faisceau d’évaporateurs (15).

4. Évaporateur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le réseau d’alimentation se présente sous la forme d’une pluralité de tuyaux d’alimentation (23) s’étendant suivant l’axe central (X), chaque buse d’aspersion (22) étant agencée sur l’un de ces tuyaux d’alimentation (23).

5. Évaporateur (10) selon la revendication 4, dans lequel chaque buse d’aspersion (22) est disposée le long du tuyau d’alimentation (23) correspondante en fonction du profil d’aspersion prédéterminé. 6. Évaporateur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque buse d’aspersion (22) définit une direction d’aspersion et est apte à asperger le fluide de travail en état liquide selon cette direction d’aspersion. 7. Évaporateur (10) selon la revendication 6, dans lequel chaque buse d’aspersion (22) est disposée par rapport au faisceau d’évaporateurs (15) en fonction de sa direction d’aspersion et en fonction du profil d’aspersion prédéterminé. 8. Évaporateur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque buse d’aspersion (22) définit une section de couvrement par son aspersion, au moins certaines des sections de couvrement adjacentes formant une zone de recouvrement selon un taux de recouvrement. 9. Évaporateur (10) selon la revendication 8, dans lequel le ou chaque taux de recouvrement est choisi en fonction du profil d’aspersion prédéterminé.

10. Évaporateur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le corps d’évaporateur (1 1 ) définit un plan vertical (PV) coupant ce corps en deux parties, les buses d’aspersion (22) étant disposées de manière symétrique par rapport à ce plan vertical (PV).

Description:
DESCRIPTION

TITRE : Évaporateur d’un fluide de travail pour une centrale ETM comportant un système d’aspersion adaptée

La présente invention concerne un évaporateur d’un fluide de travail pour une centrale ETM.

De manière connue en soi, une centrale ETM (pour Énergie Thermique des Mers) utilise la différence de températures entre les eaux superficielles et les eaux profondes des océans pour produire de l’électricité.

Généralement, une telle centrale ETM comprend un évaporateur dans lequel un fluide de travail est évaporé par les eaux chaudes de la surface pour faire tourner une turbine, et un condenseur dans lequel ce fluide de travail est ensuite condensé par les eaux froides du fond marin.

L’évaporateur d’une centrale ETM présente généralement une forme allongée à travers laquelle s’étend un faisceau d’évaporateurs. Ce faisceau d’évaporateurs se présentant sous la forme d’une pluralité de tuyaux ou de plaques, fait circuler des eaux chaudes le long de l’évaporateur.

Un système d’aspersion composé de tuyaux et de buses montées sur les tuyaux, est prévu tout au long de ce faisceau afin d’asperger sur celui-ci le fluide de travail à l’état liquide. Les buses sont généralement disposées de manière homogène le long des tuyaux correspondants.

Le faisceau d’évaporateurs possède un profil non-uniforme de puissance le long de son étendue axiale. En particulier, il est clair qu’à l’entrée des eaux chaudes, ce faisceau présente une puissance plus importante qu’à la sortie de ces eaux. Ainsi, le faisceau d’évaporateurs subit une perte de charge le long de son étendue axiale.

Dans certains cas, le débit du fluide évaporé à l’entrée des eaux chaudes est plusieurs fois, par exemple quatre fois, supérieur à celui à la sortie des eaux chaudes.

On conçoit alors que la perte de charge le long du faisceau d’évaporateurs nuit considérablement à l’efficacité de l’évaporateur et donc de la centrale ETM.

La présente invention a pour but de proposer un évaporateur pour une centrale ETM qui est particulièrement efficace malgré les pertes de charge subies par le faisceau d’évaporateurs. À cet effet, l’invention a pour objet un évaporateur d’un fluide de travail pour une centrale ETM, comportant :

- un corps d’évaporateur de forme allongée s’étendant suivant un axe central;

- un faisceau d’évaporateurs transportant des eaux chaudes, s’étendant suivant l’axe central, subissant une perte de charge le long de cet axe central et apte à évaporer le long de l’axe central le fluide de travail selon un profil d’évaporation définie en fonction de cette perte de charge ;

- un système d’aspersion comprenant un réseau d’alimentation en fluide de travail s’étendant au-dessus du faisceau d’évaporateurs et une pluralité de buses d’aspersion agencées sur le réseau d’alimentation et aptes à asperger le fluide de travail à l’état liquide sur le faisceau d’évaporateurs pour faire évaporer ce fluide de travail ;

l’ensemble des buses d’aspersion présentent sensiblement un même débit d’aspersion et en ce que les dispositions des buses d’aspersion par rapport au faisceau d’évaporateurs sont choisies de sorte à assurer un profil d’aspersion prédéterminé le long de l’axe central en fonction du profil d’évaporation du faisceau d’évaporateurs .

Suivant d’autres aspects avantageux de l’invention, l’évaporateur comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :

- un système d’évacuation apte à évacuer le fluide de travail en état gazeux formé par le faisceau d’évaporateurs et disposé le long de l’axe central en fonction du profil d’évaporation du faisceau d’évaporateurs ;

- le profil d’aspersion prédéterminé présente un débit d’aspersion décroissant le long de l’axe central selon la direction de transport des eaux chaudes par le faisceau d’évaporateurs ;

- le réseau d’alimentation se présente sous la forme d’une pluralité de tuyaux d’alimentation s’étendant suivant l’axe central, chaque buse d’aspersion étant agencée sur l’un de ces tuyaux d’alimentation ;

- chaque buse d’aspersion est disposée le long du tuyau d’alimentation correspondante en fonction du profil d’aspersion prédéterminé ;

- chaque buse d’aspersion définit une direction d’aspersion et est apte à asperger le fluide de travail en état liquide selon cette direction d’aspersion ; - chaque buse d’aspersion est disposée par rapport au faisceau d’évaporateurs en fonction de sa direction d’aspersion et en fonction du profil d’aspersion prédéterminé ;

- chaque buse d’aspersion définit une section de couvrement par son aspersion, au moins certaines des sections de couvrement adjacentes formant une zone de recouvrement selon un taux de recouvrement ;

- le ou chaque taux de recouvrement est choisi en fonction du profil d’aspersion prédéterminé ; et

- le corps d’évaporateur définit un plan vertical coupant ce corps en deux parties, les buses d’aspersion étant disposées de manière symétrique par rapport à ce plan vertical.

Ces caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :

- [Fig 1] la figure 1 est une vue schématique de côté d’un évaporateur selon l’invention ; et

- [Fig 2] la figure 2 est une vue schématique en coupe transversale de l’évaporateur la figure 1 selon le plan de coupe ll-ll visible sur cette figure 1.

On a en effet représenté sur la figure 1 , un évaporateur 10 pour une centrale ETM. Dans l’exemple illustré, l’évaporateur 10 est un évaporateur à tuyaux. Selon d’autres exemples de réalisation, l’évaporateur est un évaporateur à plaques.

En référence à la figure 1 , l’évaporateur 10 présente un corps d’évaporateur 1 1 étendu selon un axe principal X et présentant au moins une forme sensiblement conique 12 débouchant sur une forme sensiblement cylindrique 13. Ce corps 1 1 est par exemple pressurisé.

L’évaporateur 10 comprend un système d’aspersion 14, un faisceau d’évaporateurs 15, un système de canalisation 16 et un système d’évacuation 17.

Le faisceau d’évaporateurs 15 se présente sous la forme d’une pluralité de tuyaux traversant la partie cylindrique 13 du corps 1 1 suivant l’axe principal X. Ces tuyaux sont par exemple au nombre de quelques milliers, par exemple au nombre de 3000. Ainsi, pour des raisons de la lisibilité de la figure 1 , ces tuyaux ne sont pas représentés sur cette figure.

Les tuyaux du faisceau d’évaporateurs 15 transportent des eaux, dites eaux chaudes, c’est-à-dire des eaux superficielles. Ces eaux circulent dans le faisceau d’évaporateurs 15 selon l’axe principal X, par exemple de gauche à droite dans l’exemple de la figure 1. Ainsi, lorsqu’un fluide de travail aspergé via le système d’aspersion 14 entre en contact avec les tuyaux du faisceau 15, il se vaporise.

Par ailleurs, le long de l’axe central X, le faisceau d’évaporateurs 15 présente une perte de charge due à la différence des températures à l’entrée des eaux chaudes et à la sortie de ces eaux. Ainsi, en fonction de cette perte de charge, le faisceau d’évaporateurs 15 définit un profil d’évaporation correspondant alors à la capacité maximale de ce faisceau d’évaporateurs 15 d’évaporation du fluide de travail le long de l’axe central X.

Le système d’évacuation 17 permet d’évacuer de la vapeur produite par le faisceau d’évaporateurs 15 et de la guider vers une turbine (non-illustrée) pour la faire tourner.

Le système de canalisation 16 permet de canaliser le fluide de travail non- vaporisé pour par exemple l’injecter de nouveau via le système d’aspersion 14 dans l’évaporateur 10.

Le faisceau d’évaporateurs 15, le système de canalisation 16 et le système d’évacuation 17 sont connus en soi et ne seront pas décrits en détail par la suite.

Le système d’aspersion 14 s’étend au-dessus du faisceau d’évaporateurs 15 selon sensiblement toute la longueur de ce faisceau d’évaporateurs 15 à l’intérieur du corps d’évaporateur 1 1 .

Le système d’aspersion 14 comprend un réseau d’alimentation et une pluralité de buses d’aspersion 22 agencées sur ce réseau d’alimentation.

En particulier, dans l’exemple des figures 1 et 2, le réseau d’alimentation se présente sous la forme d’une pluralité de tuyaux d’alimentation 23.

À l’intérieur du corps d’évaporateur 1 1 , chaque tuyau d’alimentation 23 s’étend selon l’axe principal X au-dessus du faisceau d’évaporateurs 15. Ainsi, sur la figure 1 , les parties de ces tuyaux s’étendant à l’intérieur du corps 1 1 sont représentées par des traits interrompus et les parties s’étendant à l’extérieur de ce corps par des traits continus.

Par ailleurs, comme cela est visible sur la figure 2, en coupe transversale, les tuyaux d’alimentation 23 sont disposés dans une partie supérieure du corps d’évaporateur 1 1 sur un arc de cercle 25. Cet arc de cercle 25 est par exemple formé par des moyens de support adaptés et disposés à chaque extrémité du corps d’évaporateur 1 1 .

L’ouverture de cet arc de cercle est comprise par exemple entre 80° et 160°.

En outre, les tuyaux d’alimentation 23 sont par exemple distribués de manière homogène le long de cet arc. Ainsi, dans l’exemple de la figure 2, neuf tuyaux d’alimentation 21 distribués de manière homogène le long de l’arc 25 sont représentés.

Les tuyaux d’alimentation 23 sortent de l’intérieur du corps 1 1 en traversant par exemple la surface latérale de la partie conique 12 du corps 1 1. Ainsi, à l’extérieur de ce corps, les tuyaux d’alimentation 23 rejoignent un tuyau d’alimentation central raccordé notamment à un condenseur (non-illustré) pour alimenter le système d’aspersion 14 en fluide de travail.

Les buses d’aspersion 22 sont montées tout au long des tuyaux d’alimentation 23 à l’intérieur du corps 1 1.

Chaque buse d’aspersion 22 est apte à asperger le fluide de travail sur le faisceau d’évaporateurs 15 selon une direction d’aspersion.

Chaque buse d’aspersion 22 forme ainsi une section de couvrement du faisceau d’évaporateurs 15. Les sections de couvrement adjacentes d’au moins certaines buses d’aspersion 22 forment des zones de recouvrement. Chaque zone de recouvrement est définie selon un taux de recouvrement.

Par ailleurs, l’ensemble des buses d’aspersion 22 présentent sensiblement un même débit d’aspersion.

Selon l’invention, les buses d’aspersion 22 sont disposées sur les tuyaux d’alimentation 23 de sorte à assurer un profil d’aspersion prédéterminé le long de l’axe central X.

En particulier, un tel profil définit le débit d’aspersion tout au long du faisceau d’évaporateurs 15 en suivant l’axe central X et est prédéterminé en fonction du profil d’évaporation du faisceau d’évaporateurs 15.

Autrement dit, ce profil se présente par exemple sous la forme d’un graphique sur lequel l’axe des abscisses définit une pluralité de points consécutifs le long de l’axe central X et l’axe des ordonnées définit un débit d’aspersion dans chacun de ces points.

Ce profil d’aspersion est choisi à la conception de l’évaporateur 10 afin d’augmenter l’efficacité de l’évaporateur 10. Ainsi, par exemple, ce profil d’aspersion suit le profil d’évaporation du faisceau d’évaporateurs 15 afin d’assurer la capacité maximale de ce faisceau d’évaporer le fluide de travail.

Par ailleurs, avantageusement, la disposition du système d’évacuation 17 le long de l’axe central X est adapté au profil d’évaporation du faisceau d’évaporateurs 15 et donc, au profil d’aspersion du système du système d’aspersion. Pour assurer un tel profil d’aspersion tout en prenant en compte le profil d’évaporation, les dispositions des buses d’aspersion 22 le long des tuyaux d’alimentation 23 sont réglées.

En particulier, pour cela, selon un exemple de réalisation, deux paramètres relatifs à la disposition de chaque buse d’aspersion 22 sont réglées.

Le premier de ces paramètres correspond à la position de chaque buse le long du tuyau d’alimentation 23 sur lequel elle est montée.

Ainsi, les positions des buses au long d’un même tuyau 23 sont choisies en fonction du profil d’aspersion prédéterminée.

Dans l’exemple de la figure 1 , les buses d’aspersion 22 disposées sur un même tuyau sont espacées d’une distance croissante de gauche à droite, selon par exemple une loi de croissance déterminée en fonction du profil d’aspersion prédéterminé.

Ainsi, dans l’exemple de cette figure 1 , les eaux chaudes sont transportées par le faisceau d’évaporateurs 15 de gauche à droite et le profil d’aspersion présente donc un débit d’aspersion décroissant de gauche à droite.

Par ailleurs, il est clair que la même loi de croissance peut être choisie pour l’ensemble des tuyaux 23.

Le deuxième paramètre correspond à l’orientation de chaque buse par rapport au faisceau d’évaporateurs 15. Cette orientation est par exemple définie par l’angle formé entre la direction d’aspersion de la buse correspondante et une surface du faisceau d’évaporateurs 15.

Dans l’exemple de la figure 2, les buses d’aspersion 22 sont orientées vers le centre du faisceau d’évaporateurs 15 traversé par l’axe central X.

Par ailleurs, dans ce cas, les buses d’aspersion 22 sont orientées de manière symétrique par rapport à un plan vertical PV traversant le corps d’évaporateur 1 1 et comprenant l’axe central X.

En outre, selon un exemple de réalisation avantageux de l’invention, un ou plusieurs taux de recouvrement définissant une ou plusieurs zones de recouvrement sont choisis de sorte à assurer le profil d’aspersion prédéterminé.

Ainsi, selon cet exemple de réalisation, des réglages d’un troisième paramètre correspondant aux réglages des taux de recouvrement entre différentes sections de couvrement sont également possibles afin d’obtenir un profil d’aspersion adapté au débit local d’évaporation.

On conçoit alors que l’invention présente un certain nombre d’avantages. En effet, l’invention propose d’atteindre un profil d’aspersion prédéterminé en réglant la disposition des buses le long du faisceau d’évaporateurs.

Ces réglages comprennent les réglages des positions des buses le long de ce faisceau, de leur orientation ainsi que de leur taux de recouvrement.

Ainsi, les buses ayant un même débit d’aspersion peuvent être utilisées ce qui simplifie considérablement le montage et la maintenance de ces buses et diminue la probabilité d’erreurs par rapport au cas où des buses à un débit prédéterminé doivent être montées dans des endroits prédéterminés de l’évaporateur.