Brevet FR2307237A1 — publié le 19761105

La présente invention est relative à un échangeur refroidisseur pour fluides gazeux, particulièrement applicable au refroidissement de l'air comprimé, du type dans lequel le refroidissement s'opère dans une chambre d'échange dans laquelle le fluide à refroidir circule en contact direct avec un réseau tubulaire ou un serpentin évaporateur parcouru par le fluide frigorigène et relié au générateur de froid. Ces appareils sont généralement conçus pour abaisser la température du fluide à refroidir à près de ODE et à condenser la vapeur d'eau qu'il contient. L'appareil est calculé pour que la vapeur condensée s'écoule à l'état liquide. Cependant, loirqu'il est utilisé pour fournir un débit de fluide refroidi plus faible que le nominal, ou que la température d'arrivée du fluide est inférieure à celle prévue dans les calculs d'établissement de l'appareil, il y a excédent de production frigorifique qui provoque le gel des condensats sur le serpentin-évaporateur.De telle sorte, il est nécessaire, de temps à autre, d'arrêter la production de froid pour dégivrer le serpentin-évaporateur et pour empêcher la glace formée d'obstruer le passage du fluide à refroidir et même de faire éclater l'échangeur.Cet arrêt de la production de froid provoque une remontée de la température du fluide refroidi qui n'est pas admissible pour ses utilisations industrielles, notamment lorsqu'il s'agit d'air comprimé La présente invention a pour objet, un aopareil échangeur refroidisseur ne présentant pas cet inconvénient et pouvant être dégivré en cas de besoin sans que la température du fluide refroidi augmente sensiblement.Cet appareil est caractérisé par le fait que les tubes du réseau ou du serpentin évaporateur sont soudés sur l'une des parois de la chambre d'échange qui constitue en meme temps une paroi d'une chambre contigüe contenant un liquide, tel que l'eau, susceptible d'absorber, en se congelant éventuellement, l'excédent de la production frigorifique et formant ainsi une réserve de froid qui est restituée au fluide à refroidir pendant les périodes d'arrêt du générateur de froid, de sorte que ltévapo- rateur peut être dégivré complètement, sans remontée gênante de la teinpérature du fluide rafroidi. Suivant une forme de réalisation préférée, l'appareil comprend deux chambres annulaires concentriques, la chambre extérieure étant parcourue par le fluide gazeux à refroidir et contenant un serpentin hélicoldal parcouru par le fluide frigorigène et soudé à la paroi intérieure de cette chambre, tandis. que la chambre annulaire intérieure est remplie d'eau. Le fluide gazeux à refroidir circule de haut en bas dans la chambre d'échange qui communique à sa base avec un passage annulaire de sortie d'air ménagé entre la paroi inférieure de la chambre remplie d'eau et une paroi interne concentrique à celle-ci. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous, et représenté au dessin annexé, une forme de réalisation de l'appareil suivant l'invention. La figure 1 en est une vue en coupe élévation axiale. La figure 2 en est une coupe transversale horizontale, suivant IIIII de la figure 1. L'appareil représenté au dessin comporte une enveloppe cylindrique 1 , montée sur un fond 2 et assemblée par une bride 3 avec un couvercle 4. Une première paroi cylindrique 5 disposée à l'intérieur de 1? enveloppe 1 forme avec celle-ci une première chambre annulaire 6 dans laquelle est monté le serpentin-évaporateur hélicoldal 7 dont la spire inférieure est reliée à la sortie du générateur de froid 8 par un tube vertical 9, logé dans un elargissement de la chambre 6 formé par un méplat 10 de la paroi cylindrique 5, tandis que la spire supérieure du serpentin est raccordée par un tube 11 à l'entrée du générateur 6, les tubes 9 et Il traversant le couvercle 4 par des fourreaux étanches 12 et 13.En dehors de la surface du méplat 10, le serpentin hélicoïdal 7 est soudé à la paroi cylindrique 5, de façon à assurer une bonne transmission thermique entre le serpentin et la paroi. Une deuxième chambre annulaire ayant une plus petite dimension radiale que la chambre 6 est formée entre la paroi 5 et une deuxième paroi intérieure 14, cette chambre 15 ayant un fond annulaire 16 disposé à une certaine hauteur du fond 2 de l'appareil, cette chambre étant remplie d'eau qui y est Introduite par des orifices ménagés dans le couvercle 4 et obturés par des bouchons filetés 17.Dans sa partie supérieure, 13 paroi 14 présente quelques ouvertures de communication 16 avec l'intérieur dec appareil dans lequel est montée une troisième paroi cylindrique 19 fixée sur le fond 2 et se terminant au-dessous du couvercle 4 de façon à ménager un passage annulaire étroit 20 qui communique à sa base par le passage ménagé au-dessous de la chambre 15 entre le fond 16 de celle-ci et le fond 2 de l'appareil, avec la chambre d'échange 6 contenant le serpentin 7. Le fluide gazeux à refroidir, tel que l'air comprimé, est introduit dans la chambre d'échange 6 par une tuyère convergente 21 débouchant tangentiellement dans cette chambre et légèrement inclinée vers le bas de façon à imprimer au jet d'air à refroidir un mouvement tournant à grande vitesse qui permet d'homogénéiser et ## d'accélérer l'échange thermique sur toute la surface de l'évaporateur en assurant un flux calorifique de même intensité sur toute la surface d'échange aussi bien pendant les périodes de production de froid que pendant les périodes de restitution de froid par le volant de froid constitué par l'eau de la chambre annulaire 15. L'air refroidi par le serpentin traverse ensuite radialement à la base de la chambre d'échange 6 le passage horizontal ménagé entre le fond 2 de l'appareil et le fond 16 de la chambre d'eau 15, ce passage étant garni d'un matelas de tissu ou de fibres métalliques comprimée822.L'air refroidi sous pression traverse ce matelas à grande vitesse et les gouttelettes de condensation qu'il entraîne s'agglomèrent sous l'effet des chocs contre les fibres métalliques et s'écoulent par les ouvertures 23 prévues à la base de la paroi intérieure 19 limitant le passage annulaire de sortie de l'air. L'eau de condensation s'écoulant par les ouvertures 23 s'accumule sur le fond de l'appareil et est évacué par la tubulure d'évacuation 24 prévue au centre du fond 2, tandis que l'air refroidi sort de l'appareil par la tubulure centrale 25 prévue sur le couvercle 4. il y a lieu de noter qu'en dehors de sa fonction d'agglomérateur de gouttelettes d'eau de condensation, le matelas 22 a pour effet de provoquer une perte de charge de l'air comprimé qui le traverse en assurant sa répartition uniforme sur tout le pourtour de l'appareil et empêchant des passages préférentiels dans l'espace annulaire de sortie 20. Grâce au fait que le serpentin-évaporateur 7 est soudé à la paroi cylindrique 5, on obtient une excellente transmission du froid pendant les périodes de fonctionnement du générateur de froid 8 entre le serpentin et la paroi 5 d'une part, et entre la paroi 5 et l'eau contenue dans la chambre annulaire 15 qui reçoit le flux frigorifique excédentaire, retardant ainsi le givrage. Pendant les périodes de dégivrage au contraire, c'est l'eau refroidie et éventuellement congelée de la chambre 15, qui restitue le froid d'abord à l'air entrant circulant au contact de la paroi extérieure 5 de cette chambre, qu'à l'air sortant par le passage annulaire 20 au contact de la paroi intérieure 14 de la chambre 15. Grâce à cette disposition, l'air refroidi quitte l'appareil à une température sensiblement constante pendant les périodes de marche et d'arrêt du générateur 8. Les orifices de remplissage et de vidange de la chambre d'eau, normalement obturés par les bouchons 17 peuvent également servir à l'introduction de la sonde d'un régulalateur commandant le générateur de froid en fonction de la température de l'air refroidi ou de l'eau. REVENDICATIONS 1 . Appareil échnSeur-refroidisseur de fluides gazeux, particulièrement applicable au refroidissement de 1t air comprimé, dans lequel le fluide à refroidir circule en contact direct avec le réseau tubulaire ou le serpentin-évaporateur parcouru par le fluide frigorigéne caractérisé par le fait que les tubes du réseau ou du serpentin-évaporateur sont soudés sur l'une des parois de la chambre d'échange qui constitue en même temps une paroi d'une chambre contigüe contenant un liquide tel que l'eau, susceptible d'absorber en se congelant éventuellement, l'excédent de la production frigorifique. 2. Appareil échangeur-refroidisseur suivant la revendication 1 , caractérisé par le fait qu'il comprend deux chambres annu laires concentriques, la chambre extérieure étant parcourue par le fluide gazeux à refroidir et contenant un serpentin hélicoïdal parcouru par le fluide frigorigène et soudé à la paroi intérieure de cette chambre tandis que la chambre annulaire intérieure est remplie d 'eau. 3. Appareil échangeur-refroidisseur suivant la revendica tion 2, caractérisé par le fait que le fluide gazeux à refroidir circule de haut en bas dans la chambre d#échanges qui communique à sa base avec un passage annulaire de sortie d'air ménagé entre la paroi intérieure de la chambre remplie d'eau et une paroi interne concentrique à celle-ci. 4. Appareil échangeur-refroidisseur suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que le fluide à refroidir pénètre dans la chambre annulaire à grande vitesse que lui imprime une tuyère convergente débouchant tangentiellement dans cette chambre pour entr.aî- ner toute la masse d'air de cette chambre dans un rrouvement retatif turbulent. 5. Appareil échangeur-refroidisseur suivant l'ensemble des revendications 3 et 4, caractérisé par le fait que la cabre d'échange contenant le serpentin pour le fluide frigcricène communique a sa base avec le passage annulaire de sortie par un passage en fcrme de couronne situé au-dessous du fond de la chambre remplie d'eau, ce passage étant garni par un matelas de fibres ou de tissu métalliques compriné. , comprlme . 6. Appareil échanqeur-refroidisseur suivant la revendica tion 5, caractérisé par le fait que le passage annulaire de sortie du fluide refroidi présente à sa base quelques ouvertures pour l'cvacuation de l'eau condensée dans le matelas en tissu métallique comprimé vers le centre de l'appareil muni dans son fond d'une tubulure d'évacuation d'eau, tandis que le courant de fluide froid ascendant quitte l'appareil par un orifice prévu au centre du couvercle fermant les chambres annulaires concentriques. 7. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'il comporte une ou plusieurs sondes mesurant la température de l'eau ou du fluide refroidi et reliées à un régulateur commandant le fonctionnement du générateur de froid en fonction de cette température.