Brevet FR2459437A1 — publié le 19810109

La présente invention concerne les dispositifs d'échange de chaleur entre un liquide et un gaz et, plus particulièrement, les dispositifs utilisés pour refroidir de l'eau au moyen de l'air atmosphérique et que l'on appelle naéroréfrigérants, Les aéroréfrigérants les plus couramment utilisés sont du type "humide". Ils comportent en genéral une cheminée, à tirage naturel ou forcé, à la base de laquelle sont installés des dispositifs de dispersion qui comportent des surfaces sur lesquelles l'eau à refroidir ruisselle et devant lesquelles passe l'air aspiré Par la cheminée. Un inconvénient de tels appareils réside en ce que, souvent, il sort de la cheminée un panache de vapeur d'eau en cours de condensation, analogue, quant à son aspect et à sa constitution physique, à un nuage ou à un brouillard dense. Afin de réduire ce panache, on a proposé d'équiper un aéroréfrigérant non seulement de dispo$itifs de dispersion du genre précité mais aussi de dispositifs d'échange du type dit "sec" dans lesquele l'eau à refroidir circule dans des tubes à ailettes, sans contact avec l'air extérieur, ce qui permet d'abaisser la teneur en humidité de l'air qui sort de la cheminée. Une telle solution présente l'inconvénient d'augmenter la complexité du circuit d'eau et de ne pas conduire à un écoulement homogène de ltair. La présente invention a pour but essentiel de perfectionner les dispositifs d'échange de chaleur entre liquides et gaz et, notamment, les aéroréfrigérants, en permettant de cumuler les avantages des appareils des types sec et humide tout en évitant, dans la mesure du possible, leurs inconvénients. A cet effet, selon l'inventionw Qaon équipe l'échangeur de dispositifs de dispersion dont les éléments sont creux et on fait Passer le gaz non seulement devant les surfaces desdits éléments sur lesquelles ruisselle le liquide, mais aussi dans les éléments eux-mêmes. Ces éléments sont donc utilisés de deux façons : à l'extérieur, comme surfaces de dispersion et de ruissellement pour 11 eau ou autre liquide à refroidir et, à l'intérieur, comme des tubes d'échange de chaleur parcourus par du gaz, par exemple de 11 air, sec. On obtient ainsi, à la sortie du dispositif d'échange dont la structure demeure très simple, un mélange intime d'air sec et humide dont la teneur globale en humidité peut titre aisément réglée, notamment de façon à éviter le panache. Cette combinaison de dispositifs secs et humides est donc très intéressante. Ses principaux avantages sont les suivants - supprimer le panache visible - permettre d'utiliser des surfaces d'échange judicieusement choisies faciles à fabriquer, par exemple par extrusion - homogénéiser le flux d'air et assurer son bon mélange - réduire le niveau de bruit en évitant la chute de gouttes sur un plan d'eau - simplifier la conception de la tour - réduire les dimensions de la tour. La combinaison peut être utilisée sur la totalité de la hauteur du dispositif d'échange dune tour ou sur une partie seulement, le tirage étant réalisé soit par des ventilateurs, soit, de façon naturelle, par une cheminée. La description qui va suivre, en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent, tant du dessin que du texte, faisant, bien entendu, partie de ladite invention. La figure 1 est un croquis schématique illustrant la ob de base et structure de base et le fonctionnement de la combinaison de l'invention. La figure 2 est une vue schématique en perspective et avec arrachement d'un aéroréfrigérant à tirage artificiel équipé selon l'invention. les figures 3, 4 et 5 sont des vues de détail montrant quelques exemples d'éléments tubulaires. La figure 6 est une vue schématique en perspective et avec arrachement d'un aéroréfrigérant à tirage naturel équipé selon l'invention d'éléments tubulaires ondulés. La figure 7 illustre en élévation et à plus grande échelle la disposition des éléments de la figure 6. Sur le schéma de la figure 1, sont représentés deux éléments 1 d'un dispositif d'échange combiné selon l'inventione Ces éléments sont constitués par des plaques parallélépipédiques creuses ouvertes à leurs extrémités et dont les grandes faces latérales 2 sont réunies par des cloisons 3 parallèles entre elles et aux faces latérales étroites 4 des éléments. Les cloisons 3 peuvent etre équidistantes, mais cela n'est pas obligatoire. En service, les éléments 1 sont disposés verticalement à distance les uns des autres, de telle sorte que les canaux 5 ménagés par les cloisons 3 soient orientés dans la direction d'écoulement du gaz, par exemple de l'air. Un passage 6 est ménagé entre deux éléments voisins. Le liquide ruisselle le long des faces latérales 2 et à l'extérieur des éléments. Le gaz se divise en deux flux : l'un qui parcourt les canaux 5 et qui demeure sec et ltautreS qui emprunte les passages 6 et qui s'humidifie au contact du liquide qui ruisselle sur les éléments 1. L'application de la dynamique des fluides permet de régler la valeur de ces flux. Ces derniers s'unissent à la sortie du dispositif d' échange pour former un flux unique dont on peut régler à volonté la teneur en humidité. Sur la figure 2, un aéroréfrigérant 7 comporte un dispo site! d'échange constitué d'éléments 1 disposés verticalement, à égales distances les rmns des autres et de telle sorte que leurs canaux soient horizontaux, entre un bassin supérieur 8 d'alimenta- tion en eau, muni de trous d'écoulement 9 destinés à laisser tomber l'eau sur les éléments 1 et un bassin inférieur 10 dans lequel viennent baigner les pieds desdits éléments. Le dispositif d'échange entoure une cheminée 91, dans le cas présent équipés d'un ventilateur t2 pour tirage artificiel. les canaux 5 et passages 6 s'ouvrent sur l'extSrieur et aboutissent à la cheminée 11. La figure 3 montre un élément i dont les faces latérales 2 sont munies de nervures 13, transversales à la direction d'4eou- lement de l'eau et destinées à éviter que celle-ci, qui ruisselle le long desdites faces, ne se divise en courants séparés. On obtient ainsi une pellicule ou film de ruissellement régulière sur les éléments. Selon la figure 4, l'élément 1 est formé de deux plaques identiques 14 munies de nervures 15 en équerre parallèles entre elles et que l'on assemble tête-beche de façon à obtenir les canaux 5. 1a face externe des plaques 14 peut être striée, comme dans l'exemple précédent. La figure 5 montre des éléments 1, qui comportent une série de canaux 5 à section droite circulaire, accolés, flanquée en haut et en bas de brides 16 de raccordement convenablement décalées sur le côté et qui permettent de réunir le nombre voulu d'éléments pour former le dispositif d'échange. Les faces externes 17 des éléments sont munies d'ondulations jouant le meme role que les stries 13 décrites en regard de la figure 3. les éléments qui viennent dtêtre décrits peuvent Astre fabriqués en matériaux divers tels que plastiques, métaux, etc.. et par les divers procédés convenables : moulage, extrusion, asseablage, etc.. leurs parois peuvent être traitées de toute façon appropriée en vue de favoriser ltécoulement du liquide. Les circulations de liquide et de gaz peuvent etre parallè- les ou croisées. Dan9 l'exemple de réalisation des figures 6 et 7, pour lequel bien entendu on pourrait utiliser tout type d'éléments 1 convena- bles, lesdits éléments sont installés entre un bassin supérieur 8 et un bassin inférieur 10, radialement autour d'une cheminée 18 à tirage naturel. Ces éléments sont par exemple du genre décrit en regard de la figure 1 mais, au lieu que leurs faces latérales 19 soient planes, elles sont ondulées dans le sens transversal à celui de l'écoulement de l'eau, ici le sens horizontal. Ces ondulations assurent acore un bon écoulement de l'eau en pellicules ou films uniformes L'air passe toujours aussi bien dans les canaux 5 que dans les intervalles 6 entre éléments. Naturellement, de tels éléments ondulés peuvent être utilisés dans tous autres types d'échangeurs. Il va tailleurs de soi que les modes de réalisation décrits ne sont que des exemples et que lton pourrait les modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'échange de chaleur entre gaz et liquide comportant des surfaces sur lesquelles le liquide ruisselle et devant lesquelles passe le gaz, caractérisé en ce que lesdites surfaces font partie d'éléments creux comportant des canaux ouverts à leurs extrémités et dans lesquels on peut également faire passer le gaz, lesdits éléments faisant alors office, extérieurement, de surfaces de dispersion et de ruissellement pour le liquide et, intérieurement, de tubes d'échange de chaleur parcourus par du gaz sec. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments creux comportent des canaux parallèles entre eux. 3. Dispositif selon l'une des revendications i ou 2, caractérisé en ce que les éléments sont pourvus, extérieurement, de stries transversales par rapport à la direction dt écoulement du liquide. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications i à 3, caractérisé en ce que les éléments sont formés de plaques munies de nervures et assemblées entre elles. 5. Dispositif selon ltune quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les éléments présentent des brides permettant leur assemblage 6. Dispositif selon e quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ee que les éléments sont ondulés transversale- ment par rapport à la direction d'écoulement du liquide. quelconque 7. Dispositif selon l'une/des revendications 1 à 6, carac- térisé en ce qutil comporte une cheminée centrale a la base de laquelle sont installés dea dispositifs de dispersion comportant des éléments disposé sensiblement verticalement et parallèlement les uns aux autres ou radialement