Brevet FR2279049A1 — publié le 19760213

La présente invention concerne un appareil échangeur de chaleur entre des écoulements croisés de gaz et de liquide, du type dans lequel un échange de chaleur s'effectue par contact direct entre un ecoulement de gaz introduit entre des plaques verticales et un écoulement de liquide ruisselant le long desdites plaques comportant au moins deux échangeurs de chaleur superposés dont les plaques s'retendent dans la même direction et qui assurent un échange de chaleur du genre sus-indiqué. Les appareils de ce type présentent l'avantage de permettre un écoulement direct du liquide de l'échangeur de chaleur su périeur dans le ou les échangeurs de chaleur inférieurs, sans utilisation de pompes entre les échangeurs superposés. Habituellement, le liquide de ruissellement -en général de l'eau- de l'échangeur de chaleur supérieur, est recueilli par de simples gouttières qui ont pour but de ramener le liquide vers l'amont de l'écoulement de gaz -en général de l'air- pour compenser le déplacement du liquide vers l'aval dudit écoulement, provoqué par la vitesse du gaz entre les plaques de l'échangeur supérieur, et obtenir ainsi, dans le ou les échangeurs de chaleur inférieurs, une répartition de liquide sur leurs plaques respectives qui soit comparable à celle de l'échangeur de chaleur supérieur. Dans les appareils du type précité, cependant, il n'est possible d'obtenir un échange de chaleur qu'entre l'écoulement de liquide et un seul écoulement de gaz. En effet, il serait vain de faire traverser les divers échangeurs de chaleur superposés par des écoulements de gaz de nature ou à des températures différentes, car les différents écoulements de gaz se mélangeraient, étant mis en communication par les espaces ménagés entre deux échangeurs de chaleur superposés successifs. Pour éviter de tels mélanges, on pourrait envisager de remplacer les gouttières précitées par des joints hydrauliques classiques. Toutefois, il serait alors nécessaire de les munir d'un dispositif de réglage de niveau pour obtenir une bonne répartition du débit de liquide, ce dernier passant d'un échangeur au suivant par débordement. En outre, une telle disposition présenterait l'inconvénient d'entraîner un encrassement rapide des réservoirs formant réceptacles pour le liquide recueilli à la partie basse de l'échangeur de chaleur supérieur lorsque le gaz qui le traverse est chargé de poussières. LP but de la présente invention est de résoudre le problème ainsi posé et, pour cî faire, un appareil échangeur de chaleur selon la présente invention est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de transfert disposés entre deux échangeurs con sécutif s, propres à recueillir le liquide qui s'écoule des plaques de l'échangeur supérieur, à distribuer ce liquide sur les plaques de i' changeur inférieur, et à empêcher un mélange entre les gaz traversant les deux échangeurs. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux de la présente invention, un tel appareil échangeur de chaleur est caractérisé en ce que lesdits moyens de transfert comprennent des goulottes de récupération dirigées perpendiculairement aux plaques des échangeurs, comportant une paroi inclinée le long de laquelle s'écoule, vers le fond de la goulotte, le liquide recueilli, une lèvre de débordement limitant la paroi opposée, et un écran dont le bord inférieur est situé dans la goulotte à un niveau inférieur à celui de ladite lèvre, et dont la partie supérieure se raccorde à la partie supérieure de la paroi inclinée adjacente de la goulotte voisine, ledit écran constituant avec ladite paroi opposée une fente pour le passage du liquide avant débordement, ledit liquide formant un joint d'étanchéité aux gaz dans la zone de ladite fente. On obtient ainsi un appareil échangeur de chaleur entre des écoulements croisés de gaz et de liquide, d'une construction particulièrement simple, pouvant comporter plusieurs échangeurs de chaleur superposés, dont chacun peut être traversé par un écoulement de gaz de nature ou à température différente de celles des autres écoulements de gaz, le cas le plus fréquent étant bien entendu celui où les divers écoulements de gaz sont à des températures notablement différentes. En outre, il suffit de conférer au fond desdites goulottes une forme profilée de manière qu'il n'y ait pas de zone où la vitesse soit suffisamment réduite pour permettre la décantation des poussières captées par le liquide de ruissellement le long des plaques verticales. Par suite,un appareil échangeur de chaleur selon l'invention ne requiert à cet égard pratiquement aucun entretien. En évitant le ralentissement de l'eau cette forme a l'avantage de conserver une répartition transversale de l'eau déjà assurée par les goulottes de l'appareil supérieur,sans qu'il soit nécessaire de régler I'horizontalit des goulottes de l'appareil inférieur comme pour celles de l'appareil supérieur. Pour que le liquide forme un joint d'étanchéité convenable au gaz lorsqu'il passe dans ladite fente, il n'est pas nécessaire que cette dernière soit d'Une hauteur considérable, et il peut être suffisant de prévoir que le bord inférieur de l'écran est situé dans la goulotte à un niveau inférieur de seulement 20 d 30 mm environ à celui de ladite lèvre de débordement. De toute façon, on peut prévoir que ledit écran est raccordé à un déflecteur dirigé vers le bas et propre à dévier le jet de liquide issu de ladite fente vers les plaques de l'échangeur inférieur. Il est important de prévoir une disposition supplémentaire permettant d'éviter que, lorsque l'appareil n'est pas en fonctionnement, les goulottes ne se vident par un phénomène de siphon dans ladite fente, du fait que, même lorsque l'écoulement de liquide est interrompu, il peut être souhaitable d'éviter que les écoulements de gaz, qui traversent encore les différents échangeurs, ne se mélangent. A cet effet, on prévoit que des ouvertures sont pratique'es dans 1 a partie supérieure dudit déflecteur. Selon un mode de réalisation simplifié d'un appareil échangeur de chaleur conforme à l'invention, on peut prévoir encore que le déflecteur raccordé à l'écran d'une goulotte est constitué par la partie supérieure de la paroi inclinée adjacente de la goulotte voisine. Ainsi, il n'est pas nécessaire d'élaborer des déflecteurs séparés qui devraient être fixés, par exemple par soudage, sur l'écran correspondant. Afin d'éviter que l'écoulement de liquide sur les plaques verticales des différents échangeurs de chaleur superposés ne soit déporté vers l'aval des écoulements de gaz sous l'effet de la vitesse de ceux-ci, ce qui pourrait aboutir, dans les échangeurs inférieursb à un séchage presque complet des plaques, on peut encore prévoir que la lèvre de débordement des goulottes est située, par rapport à ladite paroi inclinée de la goulotte considérée, vers l'amont de l'écoulement de gaz qui traverse l'échangeur supérieur. Des modes d'exécution de l'invention sont décrits ci-dessous à titre nullement limitatif, en référence aux figures du dessin annexé dans lequel : - la figure 1 représente en perspective un appareil échangeur de chaleur conforme à l'invention, constitué de deux échangeurs à plaques verticales superposés - la figure 2 est une vue de détail partielle en perspective montrant un premier mode de réalisation des goulottes de récupération ; et - la figure 3 est une vue de détail partielle en perspective montrant un second mode de réalisation des goulottes de récupération. L'appareil échangeur de chaleur représenté à la figure 1 comporte un châssis référencé en 1, à l'intérieur duquel sont agencés deux échangeurs de chaleur superposés de type classique, rférencés respectivement et globalement en 2 (échangeur supérieur et 3 (échangeur inférieur), et dont les plaques verticales, res pectivement 4 et 5, s'étendent dans la même direction pour que le liquide qui ruisselle le long des plaques 4 puisse être réparti sur les plaques 5. D'une façon non représentée mais bien connue, les plaques 4 de l'échangeur de chaleur supérieur 2 sont alimentées en liquide, par exemple en eau, par des goulottes à débordement classiques, assurant une répartition pratiquement uniforme du liquide sur lesdites plaques. Ces goulottes sont alimentées par une arrivée d'eau 6 sur laquelle est branché un débitmètre de contrôle 7. La référence 8 désigne une vanne. L'arrivée d'eau 6 est reliée par un conduit vertical 9 à la sortie de refoulement 10 d'une pompe 11 entrainée par un moteur 12 ; l'entrée 13 d'aspiration de la pompe 11 prélève le liquide à la partie inférieure de l'appareil dans des goulottes de réception (non visibles sur la figure) qui reçoivent le liquide s'écoulant des plaques ver ticals 5. Comme on peut le remarquer sur la figure, la pompe 11 est disposée à proximité d'un angle du châssis 1 et, en fonction de l'espace disponible autour de l'appareil, elle peut être placée soit dans la position représentée à la figure, soit dans une position qui lui est perpendiculaire, la sortie de refoulement 10 étant alors connectée sur une prise 14 du conduit 9 et l'en- trée d'aspiration 13 étant alors connectée sur une prise 15 communiquant avec les goulottes de réception susmentionnées. Bien entendu, lorsque la pompe 11 occupe la position représentée à la figure 1, les prises 14 et 15 sont fermées par des bouchons étanches.On obtient ainsi un circuit fermé d'alimentation en liquide des plaques 4 de l'échangeur de chaleur supérieur 2, ce qui présente l'avantage important de permettre une consommation d'eau minimale, étant donné cependant, si cela s'avère nécessaire, que l'eau peut être évacuée desdites goulottes de réception par une vanne à passage direct 16, et qu'il est prévu en outre un conduit de trop plein 17. Afin d'éviter que l'eau en circulation ne se charge progressivement en poussières jusqu'à une densité qui pourrait être incompatible avec un bon fonctionnement de l'appareil, on a pr- vu en outre, en amont de l'entrée d'aspiration 13, un filtre 18 ; celui-ci est facileient accessible et peut être changé périodi quement. Abstraction faite du mode de passage de l'écoulement du liquide des plaques 4 sur les plaques 5, lequel sera décrit cidessous, l'appareil échangeur de chaleur qui vient d'être décrit peut être utilisé en récupérateur de calories dans une installation de conditionnement d'air , et ce de la façon suivante : de l'air vicié et chaud extrait des locaux est introduit entre les plaques 4 de l'échangeur de chaleur supérieur 2 (flèche 19). A la sortie de cet échangeur (flèche 20), cet air s'est refroidi par échange de chaleur, par contact direct avec l'eau qui s'écoule le long des plaques 4. A l'inverse, cetteeau qui arrive froide (flèche 21) à la partie supérieure des plaques 4 est chauffée par prélèvement de calories dans l'écoulement d'air 19, et s'écoule (flèche 22) à la partie inférieure desdites plaques, à une température supérieure à celle de l'écoulement 21. De l'air frais et sec est prélevé à l'extérieur des locaux et est introduit {flèche 23) entre les plaques 5 de l'échangeur de chaleur inférieur 3. Cet air sort de l'échangeur 3 (flèche 24) hsmjdjflé et à une température supérieure, ayant prélevé des calories dans l'eau réchauffée (flèche 25) qui arrive à la partie supérieure des plaques 5. A l'inverse, cette eau est refroidie lorsqu'elle parvint dans les goulottes de réception (flèche 26), fusqu'à une température voisine de celle de l'écoulement 21. L'air qui traverse l'échangçur de chaleur inférieur a ainsi récupéré, par l'intermédiaire de l'écoulement d'eau 21 22, 25, 26, une partie notable des calories de l'air qui traverse l'éçhangeur de chaleur supérieur 2. Quant à la disposition qui fait plus particulièrement l'objet de la presente invention, elle a été représentée sous deux formes légèrement différentes aux figures 2 et 3. Comme cela ressort de ce qui précbde, cette disposition concerne les moyens de transfert qui permettent de recueillir le liquide qui s'écoule des plaques 4 de ltéchangeur de chaleur supérieur 2, de distribuer ce liquide sur les plaques 5 de ltéchangeur inférieur 3, et d'empêcher un mélange entre les écoulements d'air 19-20 et 23-24. Ces moyens de transfert comprennent des goulottes de récupération 27 dirigées perpendiculairement aux plaques 4 et aux plaques 5, chaque goulotte comportant une paroi inclinée 28 le long de laquelle s'écoule, vers le fond 29 de la goulotte, l'eau qui tombe de la partie inférieure des plaques 4. Chaque goulotte comporte en outre une lèvre de débordement 30 limitant la paroi opposée à la paroi 28, et un écran 31 dont le bord inférieur 32 est situé dans la goulotte 27 à un niveau inférieur à celui de ladite lèvre de débordement 30 ; la partie supérieure de l'écran 31 se raccorde à la partie supérieure de la paroi inclinée adjacente 28 de la goulotte voisine. De la sorte, l'écran 31 constitue avec la paroi qui est opposée à la paroi 28 une fente permettant le passage du liquide qui s'est accumulé au fond de la goulotte avant débordement.Ainsi, le liquide qui occupe espace ménagé entre la susdite paroi opposée et l'éran 31 constitue un joint d'étanchéité eau-gaz, empêchant tout mélange entre les écoulements de gaz 19-20 et 23-24. Conformément à une autre disposition de l'invention, l'écran 31 est raccordé à un déflecteur 33 dirigé vers le bas et propre à dévier le jet de liquide issu dudit espace ou fente vers les plaques S de l'échangeur de chaleur inférieur 3. Afin que, lors de l'arrêt de la circulation du liquide et de son écoulement le long des plaques 4 et 5, le liquide continue à occuper l'espace susmentionné, on a prévu à la partie supérieure des écrans 31 de pratiquer des ouvertures 34. Ces ouvertures évitent qu'il se produise dans ledit espace un effet de siphon susceptible de 1 vider et de supprimer l'étan- chéité. I1 convient de remarquer que les lèvres de débordement 30 des différentes goulottes 27 sont situées, par rapport aux parois inclinées 28, vers l'amont des écoulements d'air 19-20 et 23-24, ce qui a pour effet de ramener l'eau qui s'écoule des plaques supérieures 4 légèrement vers l'amont, avant qu'elle s'écoule le long des plaques inférieures 5, pour compenser le déplacement de l'eau vers l'aval desdits écoulements d'air. On Cvi- te ainsi qu'une surface trop importante de la partie antérieure des plaques inférieures 5 soit sèche, et l'on favorise en conséquence une répartition relativement uniforme du liquide dans la direction de la largeur des plaques verticales. Selon le mode de réalisation simplifié de la figure 3, les déments qui jouent le même rôle que les éléments analogues de la figure 2 sont repérés par les mêmes références. La simplification réside dans le fait que pour chaque goulotte 27, le déflecteur raccordé à l'écran 31 de la-goulotte considérée est constitué par la partie supérieure 33 de la paroi inclinée adjacente 28 de la goulotte voisine. Le fonctionnement d'un appareil agencé selon la figure 3 est essentiellement le même que celui d'un appareil agencé selon la figure 2, et, la' encore, on pourrait prévoir des ouvertures analogues aux ouvertures 34, dans ladite partie supérieure 33, pour éviter tout effet de siphon lors d'un arrêt des écoulements. Dans le mode de réalisation de la figure 2, les goulottes peuvent être fixées sur le bord inférieur des plaques 4 de î'ê- changeur de chaleur supérieur, par exemple par soudage à 1 'en- droit où la partie supérieure de l'écran 31 se raccorde à la partie supérieure de la paroi inclinée adjacente 28. Dans le mode de réalisation de la figure 3, on pourrait procéder d'une manière analogue ou prévoir une fixation des goulottes 27 par soudage de leur fond 29 sur le bord supérieur des plaques 5 de l'échangeur de chaleur inférieur. Comme il Ass 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 spécialement envisagés ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Appareil échangeur de chaleur entre des écoulements croisés de gaz et de liquide, du type dans lequel un échange de chaleur s'effectue par contact direct entre un écoulement de gaz introduit entre des plaques verticales et un écoulement de liquide ruisselant le long desdites plaques,comportant au moins deux é- changeurs de chaleur superposés dont les plaques s'étendent dans la même direction et qui assurent un échange de chaleur du genre sus-indiqué, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de transfert disposés entre deux échangeurs consécutifs, propres à recueil- lir le liquide qui s'écoule des -plaques de l'échangeur supérieur, à distribuer ce liquide sur les plaques de l'échangeur inférieur, et à empêcher un mélange entre les gaz traversant les deux échangeurs. 2. Appareil échangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de transfert comprennent des goulottes de récupération dirigées perpendiculairement aux plaques des échangeurs, comportant une paroi inclinée le long de laquelle s'écoule, vers le fond de la goulotte, le liquide recueilli, une lèvre de débordement limitant la paroi opposée, et un écran dont le bord inférieur est situé dans la goulotte à un niveau inférieur à celui de ladite lèvre, et dont la partie supérieure se raccorde à la partie supérieure de la paroi inclinée adjacente de la goulotte voisine, ledit écran constituant avec ladite paroi opposée une fente pour le passage du liquide avant débordement, ledit liquide formant un joint d'étanchéité aux gaz dans la zone de ladite fente. 3. Appareil échangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit écran est raccordé à un déflecteur dirigé vers le bas et propre à dévier le jet de liquide issu de ladite fente vers les plaques de ltéchangeur inférieur. 4. Appareil échangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que des ouvertures sont pratiquées dans la par tie supérieure dudit déflecteur. 5. Appareil échangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le déflecteur raccordé à l'écran d'une goulotte est constitué par la partie supérieure de la paroi inclinée adjacente de la goulotte voisine. 6. Appareil échangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la lèvre de débordement des goulottes est située, par rapport à ladite paroi inclinée de la goulotte considérée, vers l'amont de l'écou- lement de gaz qui traverse l'échangeur supérieur.