FR2551670A1 - Device for reconcentrating a solution and application to the removal of moisture from air - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un dispositif pour la reconcentration d'une solution ou d'un mélange par ébullition contrôlée et extraction du composant le plus volatil. The present invention relates to a device for the reconcentration of a solution or of a mixture by controlled boiling and extraction of the most volatile component.
Ce dispositif trouve une application particulièrement intéressante dans le conditionnement d'air où un courant d'air est déshumidifié par pulvérisation d'une solution hydrophile par exemple du chlorure de lithium qui en plus de ses propriétés hydrophiles, est un désinfectant efficace. This device finds a particularly advantageous application in air conditioning where an air stream is dehumidified by spraying with a hydrophilic solution, for example lithium chloride which, in addition to its hydrophilic properties, is an effective disinfectant.
On a proposé dans le brevet français 2 446 995 demandé au nom de : Electricité de FRANCE, de régénérer la solution absorbante dans un concentrateur à recompression mécanique des vapeurs dans lequel l'eau extraite de la solution absorbante sous forme de vapeur est comprimée par un compresseur. It has been proposed in French patent 2,446,995 requested in the name of: Electricité de FRANCE, to regenerate the absorbent solution in a concentrator with mechanical vapor recompression in which the water extracted from the absorbent solution in the form of vapor is compressed by a compressor.
Or, il s'avère que ce procédé, a priori séduisant, présente des difficultés de réalisation surtout dans les basses puissances (conditionnement de l'air domestique ou semiindustriel). En effet, les compresseurs de vapeur d'eau dans cette gamme de puissance n'ont pas atteint la maturité industrielle souhaitable. However, it turns out that this process, a priori attractive, presents difficulties of implementation especially in low powers (conditioning of domestic or semi-industrial air). Indeed, the water vapor compressors in this power range have not reached the desirable industrial maturity.
Le dispositif suivant l'invention, pour la reconcentration d'une solution (par exemple du chlorure de lithium) par ébulition contrôlée et extraction du composant le plus volatil (eau sous forme de vapeur) comporte essentiellement une enceinte étanche maintenue à une pression inférieure à la pression ambiante, renfermant un échangeur-bouilleur sur lequel on pulvérise la solution afin que le composant le plus volatil s'évapore et un échangeur-condenseur sur lequel ce composant se recondense, ainsi que des moyens associés par lesquels sont collectés et évacués respectivement la solution reconcentrée et le composant volatil recondensé, lesdits échangeurs étant couplés en série avec d'une part un compresseur et d'autre part un détendeur pour former une boucle thermodynamique hermétique. The device according to the invention, for the reconcentration of a solution (for example lithium chloride) by controlled boiling and extraction of the most volatile component (water in the form of vapor) essentially comprises a sealed enclosure maintained at a pressure below ambient pressure, containing an exchanger-boiler on which the solution is sprayed so that the most volatile component evaporates and an exchanger-condenser on which this component is condensed, as well as associated means by which are collected and evacuated respectively reconcentrated solution and the recondensed volatile component, said exchangers being coupled in series with on the one hand a compressor and on the other hand a pressure reducer to form a hermetic thermodynamic loop.
Avantageusement, la boucle thermodynamique est constituée d'éléments équipant un système frigorifique. Advantageously, the thermodynamic loop consists of elements equipping a refrigeration system.
Suivant une première caractéristique de l'invention l'échangeur-bouilleur, surmonté d'une buse ou rampe d'aspersion de la solution à concentrer, est disposé dans la partie basse de l'enceinte dont le fond, formant collecteur de la solution reconcentrée, est relié à un conduit pourvu d'une pompe et/ou présentant une hauteur de chute suffisante pour ramener la solution au moins à la pression ambiante. According to a first characteristic of the invention, the heat exchanger-boiler, surmounted by a nozzle or spray bar for the solution to be concentrated, is arranged in the lower part of the enclosure, the bottom of which forms a collector of the concentrated solution. , is connected to a conduit provided with a pump and / or having a sufficient height of fall to bring the solution at least to ambient pressure.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'échangeur-condenseur est disposé dans la partie haute de l'enceinte au dessus d'un collecteur du composant recondensé laissant passage à la vapeur ascendante et relié a' un conduit pourvu d'une pompe et/ou présentant une hauteur de chute suffisante pour ramener le composant au moins à la pression ambiante
L'enceinte étanche est maintenue à une pression inférieure à la pression ambiante par un dispositif approprié (pompe à vide) dont le fonctionnement est sporadique lorsque la pression désirée est atteinte. En effet, l'apport dans l'enceinte de la solution se trouve compensé par la sortie en quantité similaire de la solution concentrée et du composant.According to another characteristic of the invention, the exchanger-condenser is arranged in the upper part of the enclosure above a collector of the recondensed component leaving passage to the ascending vapor and connected to a conduit provided with a pump. and / or having a sufficient drop height to bring the component back at least to ambient pressure
The sealed enclosure is maintained at a pressure below ambient pressure by an appropriate device (vacuum pump), the operation of which is sporadic when the desired pressure is reached. In fact, the supply into the enclosure of the solution is compensated for by the exit in a similar quantity of the concentrated solution and of the component.
La pompe à vide n'a donc pour rôle que d'évacuer périodiquement les gaz incondensables. Ainsi pour une dépense énergétique faible, on abaisse la température d'ébullition du composant volatil (eau) en introduisant la solution dans une enceinte ou règne une pression plus basse que la pression ambiante, à savoir, en général la pression atmosphérique.The role of the vacuum pump is therefore only to periodically evacuate the incondensable gases. Thus, for a low energy expenditure, the boiling temperature of the volatile component (water) is lowered by introducing the solution into an enclosure or a pressure lower than the ambient pressure prevails, namely, generally atmospheric pressure.
Un autre avantage du dispositif réside dans le fait d'utiliser des éléments parfaitement connus pour leur fiabilité et pour leur prix de revient puisqu'ils sont déjà disponibles sur le marché et notamment pour l'équipement des réfrigérateurs. Enfin, il est possible d'ajuster la pression de fonctionnement (et les éléments du système en conséquence) de manière à satisfaire aux différents critères de sécurité (pression de travail maximum par exemple) en vigueur dans certains pays. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Another advantage of the device lies in the fact of using elements that are perfectly known for their reliability and for their cost price since they are already available on the market and in particular for equipping refrigerators. Finally, it is possible to adjust the operating pressure (and the elements of the system accordingly) so as to meet the various safety criteria (maximum working pressure for example) in force in certain countries. The description which follows, with reference to the appended drawings, given by way of nonlimiting example, will make it clear how the invention can be implemented.
La figure 1 est une vue schématique d'une installation comportant le dispositif de reconcentration d'une solution et l'extraction d'un composant. Figure 1 is a schematic view of an installation comprising the device for reconcentrating a solution and the extraction of a component.
La figure 2 est une vue en élévation d'un mode de réalisation du dispositif suivant l'invention. Figure 2 is an elevational view of an embodiment of the device according to the invention.
En regard de la figure 1, on peut voir le dispositif suivant l'invention A appliqué dans une installation comportant un système de déshumidification d'air B. With reference to FIG. 1, one can see the device according to the invention A applied in an installation comprising an air dehumidification system B.
Le dispositif A comporte une enceinte étanche 1 insérée dans une enveloppe 2. Cette enceinte 1 est maintenue à une pression inférieure à la pression ambiante (en général aLmosphérique) à savoir une pression de l'ordre de 0,05 bar, grâce à une pompe à vide 3, raccordée à l'enceinte 1 par le conduit 4. The device A comprises a sealed enclosure 1 inserted in an envelope 2. This enclosure 1 is maintained at a pressure below ambient pressure (in general aLmospheric), namely a pressure of the order of 0.05 bar, by means of a pump. vacuum 3, connected to enclosure 1 by conduit 4.
L'enceinte 1 renferme un échangeur-bouilleur 5 et un échangeur-condenseur 6 couplés par des conduits 7 à l'extérieur de l'enceinte avec des traversées étanches, en série avec d'une part un compresseur 8 et d'autre part un détendeur 9 pour former une boucle thermodynamique hermétique dont le fluide (par exemple des réfrigérants organiques fluorés) et les conditions de travail sont choisis - pour une solution et une concentration données - en fonction du degré de pression régnant dans l'enceinte 1. A titre d'exemple pour une pression dans l'enceinte de 0,05 bar, la température de l'échangeurbouilleur sera sensiblement de 600C et celle de l'échangeurcondenseur de 340C.L'enceinte 1 renferme également une buse ou rampe d'aspersion de la solution à concentrer, disposée auX dessus de l'échangeur-bouilleur 5, des moyens 12 pour recueillir la solution concentrée et des moyens 13 pour recueillir le composant. The enclosure 1 contains a boiler-exchanger 5 and a condenser-exchanger 6 coupled by conduits 7 outside the enclosure with sealed crossings, in series with on the one hand a compressor 8 and on the other hand a regulator 9 to form a hermetic thermodynamic loop in which the fluid (for example fluorinated organic refrigerants) and the working conditions are chosen - for a given solution and concentration - as a function of the degree of pressure prevailing in the enclosure 1. As For example, for a pressure in the enclosure of 0.05 bar, the temperature of the boiling exchanger will be substantially 600C and that of the condensing exchanger 340C. Enclosure 1 also contains a nozzle or spray bar for the solution to be concentrated, placed above the exchanger-boiler 5, means 12 for collecting the concentrated solution and means 13 for collecting the component.
Les moyens 12 sont disposés dans la partie basse de l'enceinte 1 et sont constitués par le fond, formant collecteur de l'enceinte. The means 12 are arranged in the lower part of the enclosure 1 and are constituted by the bottom, forming a collector of the enclosure.
Les moyens 13 sont disposés dans la partie haute de l'enceinte, mais en dessous de l'échangeur-condenseur 6 et sont constitués par un collecteur du composant recondensé laissant passage 29 à la vapeur ascendante du composant volatil. The means 13 are arranged in the upper part of the enclosure, but below the exchanger-condenser 6 and are constituted by a collector of the recondensed component leaving passage 29 to the rising vapor of the volatile component.
Les moyens 12 et 13 sont reliés respectivement à des conduits 14 et 1S traversant l'enceinte 1, chacun étant muni des dispositifs respectivement 16 et 17 pour retrouver la pression ambiante. Ces dispositifs peuvent être des pompes de petite puissance 16a, 17a et/ou des conduits 14, 15 présentant une hauteur de chute suffisante 16b, 17b. The means 12 and 13 are respectively connected to conduits 14 and 1S passing through the enclosure 1, each being provided with devices 16 and 17 respectively to recover the ambient pressure. These devices can be small power pumps 16a, 17a and / or conduits 14, 15 having a sufficient drop height 16b, 17b.
Le système de déshumidification d'air B comporte une gaine 21 parcourue par un courant d'air à déshumidifier sur lequel on pulvérise par une buse ou rampe 22 une solution hydrophile provenant du collecteur 12. Le fond de la gaine 21 peut servir de collecteur à la solution qui s'est combinée avec la vapeur d'eau véhiculée par le courant d'air. Un conduit 23 muni d'une pompe 24 récupère la solution et le composant (eau) pour les transporter soit directement par le conduit 25 vers la buse ou rampe de pulvérisation 22 en combinaison avec la solution concentrée provenant du collecteur 12 soit par le conduit 26vers la buse ou rampe d'aspersion 11 pour être traités. The air dehumidification system B comprises a sheath 21 traversed by a stream of air to be dehumidified on which a hydrophilic solution from the collector 12 is sprayed by a nozzle or ramp 22. The bottom of the sheath 21 can serve as a collector for the solution which has combined with the water vapor carried by the air stream. A line 23 fitted with a pump 24 collects the solution and the component (water) to transport them either directly via line 25 to the spray nozzle or spray bar 22 in combination with the concentrated solution coming from the collector 12 or via line 26 to the nozzle or spray bar 11 to be treated.
Avantageusement, la solution hydrophile peut être une solution aqueuse de chlorure de lithium. Advantageously, the hydrophilic solution can be an aqueous solution of lithium chloride.
Le fonctionnement du dispositif est le suivant le mélange solution hydrophile (chlorure de lithium) et composant (eau) est aspergé sur l'échangeur-bouilleur 5 dont le fluide le parcourant est réchauffé par la compression due à l'action du compresseur 8. Le composant le plus volatil (eau) est vaporisé (tandis que la solution tombe par gravité dans le collecteur 12 pour être recyclée) et s'élève par les passages 29 du collecteur 13 pour se trouver en contact avec l'échangeurcondenseur 6 dont le fluide le parcourant est refroidi à la suite de la détente effectuée par le détendeur 9. Le composant recueilli par le collecteur 13 est ensuite évacué. The operation of the device is as follows: the mixture of hydrophilic solution (lithium chloride) and component (water) is sprayed on the heat exchanger-boiler 5, the fluid passing through it is heated by compression due to the action of the compressor 8. The most volatile component (water) is vaporized (while the solution falls by gravity into the collector 12 to be recycled) and rises through the passages 29 of the collector 13 to come into contact with the condenser exchanger 6 whose fluid traversing is cooled following the expansion carried out by the regulator 9. The component collected by the manifold 13 is then discharged.
On peut chercher à augmenter la température du mélange en insérant dans le conduit 26 d'une part un échangeur 31 en contact avec la solution enrichie, parcourant le conduit 14, réchauffée après son passage sur l'échangeur-bouilleur 5 et d'autre part un échangeur 32 en contact avec le fluide thermodynamique réchauffé par le compresseur 8 après un passage dans l'échangeur-bouilleur 6. We can try to increase the temperature of the mixture by inserting into the conduit 26 on the one hand an exchanger 31 in contact with the enriched solution, passing through the conduit 14, warmed after its passage on the heat exchanger-boiler 5 and on the other hand an exchanger 32 in contact with the thermodynamic fluid heated by the compressor 8 after passing through the exchanger-boiler 6.
La figure 2 montre un exemple d'un mode de réalisation préférentiel du dispositif suivant l'invention. FIG. 2 shows an example of a preferred embodiment of the device according to the invention.
Ce dispositif se présente sous une forme compacte renfermant les principaux constituants et permettant un raccordement aisé avec les conduits pour l'utilisation. This device is in a compact form containing the main components and allowing easy connection with the conduits for use.
L'enceinte 1 est un caisson étanche fait d'une matière plastique résistant à la corrosion par la solution, par exemple en polytétrafluoroéthylène ou une résine synthétique telle qu'une époxyde, renfermant le collecteur 13 du composant condensé, également en polytétrafluoroéthylène ou résine synthétique soutenu par le conduit traversant 15. Enclosure 1 is a sealed box made of a plastic material resistant to corrosion by the solution, for example made of polytetrafluoroethylene or a synthetic resin such as an epoxy, containing the collector 13 of the condensed component, also made of polytetrafluoroethylene or synthetic resin supported by the through conduit 15.
L'échangeur-bouilleur et 1 'échangeur-condenseur sont constitués de tubes 33 (métalliques par exemple) revêtus d'un traitement de surface pour leur protection (époxy, PVC, téflon, chrome). Les tubes 33 traversent le caisson et sont soudés a celui-ci avec étanchéité et réunis par des collecteurs 34a et 34b, 35a et 35b. The heat exchanger-boiler and the heat exchanger-condenser consist of tubes 33 (metallic for example) coated with a surface treatment for their protection (epoxy, PVC, Teflon, chromium). The tubes 33 pass through the box and are welded to the latter with sealing and joined by collectors 34a and 34b, 35a and 35b.
L'enveloppe 2 est constituée d'une virole avec un couvercle, chaudronnée et portant des bossages pour le raccordement avec diverses tuyauteries. The casing 2 consists of a ferrule with a cover, plastered and carrying bosses for connection with various pipes.
Elle peut également renfermer le compresseur 8 et le détenteur 9. It can also contain the compressor 8 and the holder 9.
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|---|---|
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