Brevet FR2534677A1 — publié le 19840420

PRE-REFROIDISSEUR DE VAPEUR COMBINE POUR DES CONDENSEURS NOTAMMF > NT POUR DES INSTALLATIONS DE REFRIGERATION La présente invention concerne un pré-refroidisseur de vapeur combine pour des condenseurs d'installations de réfrigération à évaporation. qui contient un serpentin tubulaire refroidisseur pourvu d'ailettes intérieures et quiet disposé spatialement à part d'une unité de pulvérisation d'eau. Le pré-refroidisseur de vapeur selon l'invention permet d'obtenir un haut rendement lors du refroidissement de la vapeur surchauffée dans les condenseurs de vapeurs Le fonctionnement des machines frigorifiques prévues pour produire le "froid artificiel" est basé sur un processus qui se déroule de façon inverse auxfonctionnementsdes machines à pistons. Dans les machines frigorifiques utilisées avec un fluide de travail sous forme gazeuse, il est prévu un compresseur pour faire passer le réfrigérant dans un domaine de plus haute pression et de plus haute temperature, auquel cas un échangeur de chaleur, à savoir un condenseur, assure la condensation de la vapeur par évacuation de chaleur.Ensuite, le condensat passe dans une soupape d'étranglement ou sa pression est diminuée et le fluide se refroidit par évaporation Le fluide refroidi est canalisé vers l'échangeur de chaleur place du côte froid et ensuite, il est aspiré à partir de l'évaporateur par le compresseur. Un point important de ce processus réside dans la condensation, qui est prévue pour céder la chaleur absorbée dans l'évaporateur à 1 'atmosphère ambiante. En aval du compresseur, il existe un circuit de vapeur surchauffée qui progresse vers le condenseur. Le condenseur joue par consequent un double rôle: d'une part, il sert à refroidir la vapeur surchauffée jusque dans la condition saturée et, d'autre part, il sert à condenser la vapeur saturée existante. Les systèmes de condensation utilisés dans l'industrie du froid sont généralement constitués par des condenseurs de vapeurs qui contiennent des tubes de condensation, la vapeur s'écoulant à l'intérieur desdits tubes de condensation étant refroidie par pulvérisation d'eaux sur la surface extérieure et par écoulement de l'air. Dans les realisations classiques de telles installations, l'air prévu pour le refroidissement s'écoule de bas en haut le long d'un serpentin tubulaire, alors que l'eau de pulvérisation s'écoule en sens inverse de la direction d'écoulement du courant d'air, c'est-à-dire du haut vers le bas. Les condenseurs de vapeurs pour installati-ons de réfrigération sont pourvus, pour évacuer la chaleur contenue dans la vapeur surchauffée, d'un pré-refroidisseur de vapeur. Ce pré-refroidisseur de vapeur est pourvu d'ailettes extérieures. On sait que le refroidissement de la vapeur surchauffée se déroule d'une façon semblable au refroidissement du gaz. Dans le processus de refroidissement d'un gaz, le coefficient de transmission de chaleur a une valeur qui est beaucoup plus faible que celui que l'on obtient lors de la condensation. Pour cette raison, il est nécessaire de prévoir des ailettes sur la surface extérieure des tubes. Dans les condenseurs de vapeur l'eau est introduite à l'aide d'une unité de pulverisation dans les tronçons tubulaires affectés à la condensation. Une partie des gouttelettes produites est entraînée avec le courant d'air et pour cette raison on dispose un séparateur de gouttes entre la partie-condensation et le pré-refroidisseur de vapeur. Le separateur de gouttes établit une perte de charge relativement grande qui provoque une augmentation de la consommation d'énergie de l'installation. Les tubes ailetés du pre-refroidisseur de vapeur introduisent également une grande perte de charge dans le trajet de l'écoulement de l'air et cela provoque également une augmentation de la consommation d'énergie de l'installation. Les conditions de transmission de chaleur du pré-refroidisseur de vapeur peuvent avantageusement être améliorées en disposant des ailettes intérieures à l'intérieur des tubes. I1 est classique d'utiliser, dans les processus d'échange de chaleur qui sont caractérisés par un faible coefficient de transmission de chaleur, des ailettes servant à améliorer les conditions existantes. L'invention est basée sur la connaissance que - du fait qu'il est avantageux d'utiliser des ailettes intérieures pour améliorer les conditions de transmission de chaleur - la disposition d'ailettes extérieures sur les tubes peut etre appropriée pour améliorer les conditiens de transmission extérieure de chaleur. L'invention exploite le principe connu précite et elle a pour but de créer un condenseur de vapeur qui assure une augmentation du rendement d'évacuation de chaleur et qui diminue simultanément l'encombrement de l'ensemble de l'installation. Pour résoudre le problème précité, on a conçu un pre-refroidisseur de vapeur pouvant être utilisé dans des condenseurs de vapeur d'installations de réfrigération, qui contient un serpentin tubulaire refroidisseur pourvu d'ailettes intérieures et qui est disposé spatialement à . part d'une unité de pulvérisation d'eau, le serpentin tubulaire comportant, conformément à la présente invention, des ailettes extérieures qui sont prévues pour former des séparateurs de gouttes et qui sont agencées de manière ànodifier la direction d'ecoulement de l'air. Les experiences ont confirmé qu'il est avantageux d'agencer les ailettes extérieures sous a forme de lamelles de tôle ayant des surfaces parallèles tournées l'une vers l'autre. Les lamelles de tole peuvent avoir une forme incurve, ou bien être constituees par deux plaques planes, lesdites plaques faisant un angle non-superieur à 600 avec l'axe des tubes. Les lamelles de tôle peuvent être formées de trois parties qui sont reliées entre elles de manière a former un Z. Les unites de pulvérisation d'eau peuvent avantageusement être disposées entre les ailettes extérieures du pré-refroidisseur de vapeur. La solution conforme à l'invention offre plusieurs avantages par comparaison à l'art anterieur. En premier lieu, les ailettes extérieures, qui sont appropriees pour collecter une assez grande quantité de l'humidite, constituent une surface supérieure à la surface des solutions connues et, pour cette raison, la collecte de l'humidité est tres efficace. En second lieu, il est inutile de prévoir une unité spéciale pour la séparation des gouttes et pour cette raison la perte de charge créée dans le courant d'air dans l'installation est diminuee. En troisième lieu, il est possible de.réduire les dimensions hors-tout du condenseur d'évaporation. Cela se traduit également par une diminution des frais de fabrication du condenseur. L'installation selon l'invention est par conséquent un condenseur d'évaporation dont l'amélioration consiste dans l'utilisation d'ailettes extérieures d'une forme nouvelle dans le pré-refroidisseur de vapeur, qui permet aux ailettes de mieux séparer l'humidité de l'air, et par conséquent d'améliorer l'efficacité du refroidissement. La nouvelle forme se traduit par une incurvation des ailettes extérieures en forme de chevron ou en forme de Z, bien que d'autres formes puissent également être avantageuses. Le pré-refroidisseur de vapeur conforme à l'invention va etre décrit dans la suite,en référence à des exemples de réalisation repré sentés sur les dessins ci-joints, dans lesquels: La Figure 1 est une vue en coupe d'un condenseur d'évaporation de structure traditionnelle. La Figure 2 est une vue de face d'un condenseur d'évaporation pourvu d'un pré-refroidisseur conforme à l'invention. La Figure 3 est une vue latérale du condenseur d'évaporation pourvu d'un pre-refroidisseur de vapeur combiné conforme à l'invention et représenté sur la Figure 2. La Figure 4 représente un autre mode avantageux de réalisation du pre-refroidisseur conforme à l'invention, en vue latérale. La Figure 5 est une vue laterale d'une ailette extérieure in curvée. La Figure 6 est une vue latérale d'une ailette extérieure en forme de chevron. La Figure 7 est une vue latérale d'une ailette extérieure en forme de Z, qui est reliée aux tubes du pré-refroidisseur de vapeur. La Figure 8 est une vue en coupe des tubes du pre-refroidisseur de vapeur, et la Figure 9 est une vue en coupe d'un autre mode de réalisation du pré-refroidisseur de vapeur pourvu d'ailettes intérieures. Dans le cas de la structure traditionnelle du cqndenseur d'évaporation tel que celui représenté sur la Figure 1, un serpentin tubulaire 1 est relié à un pré-refroidisseur de vapeur 2, qui comporte des ailettes extérieures en forme de disques. Entre le serpentin tubulaire 1 et le prérefroidisseur de vapeur 2, il est prévu une unité de pulverisation d'eau 3 et un separateur de gouttes 7. Le séparateur de gouttes 7 sert à collecter l'humidité contenue dans l'air. L'air est entraîné par un dispositif d'aspiration pourvu dune hélice 4. L'eau pulvérisée par l'unité 3 est collectée dans un récipient 5 à partir duquel elle est extraite à l'aide d'une pompe 6. La vapeur-surchauffée, produite par exemple à partir d'ammoniac, arrive dans le condenseur d'évaporation au point A. Elle s'écoule dans le pre-refroidisseur de vapeur 2, dans le serpentin tubulaire 1 en vue de sa condensation et elle sort du condenseur sous forme de liquide au point B. L'eau a pulvériser pénètre dans le condenseur au point C et elle sort des pulvérisateurs de l'unité 3 en tombant sur la surface du serpentin tubulaire 1 pour parvenir ensuite dans le-récipient 5 à partir duquel elle est extraite à l'aide de la pompe 6 pour revenir au condenseur. Le séparateur de gouttes 7 est disposé entre le pré-refroidisseur de vapeur 2 et le plan de l'unité de pulvérisation 3. Le condenseur d'évaporation d'une telle installation peut être caractérisé par la hauteur H1. Conformément à la présente invention, le condenseur d'évaporation est pourvu d'un pre-refroidisseur de vapeur combine 2 d'une structure nouvelle, comme indiqué sur la Figure 2. Ce pre-refroidisseur de vapeur a eté représente en vue latérale sur la Figure 3. Le pré-refroidisseur de vapeur est placé au-dessus du serpentin tubulaire 1 et il est monté entre les unités de pulvérisation d'eau 3. Le pre-refroidisseur de vapeur 2 comporte des ailettes extérieures 8 qui sont agencees de façon à pouvoir arrêter l'humidité contenue dans l'air mis en mouvement par le-dispositif d'aspiration 4. Avec cette conception, il est possible de réduire la hauteur de l'installation de H1 jusqu'à H2. Le pré-refroidisseur de vapeur 2 est équipé d'un tube qui comporte des ailettes intérieures. Le long de l'axe du tube, il est agencé comme le montre la coupe des Figures 8 et 9. Comme le montre la Figure 2, les ailettes extérieures 8 sont agencees de manière à assurer un changement de direction d'écoulement de l'air en direction du dispositif d'aspiration 4. Avec cet agencement, l'humidité existant dans l'air se condense sur les ailettes 8 sous la forme de gouttes. Ce processus est caractérise par une efficace plus grande que dans le cas où on utilise des ailettes extérieures plates 8. Une partie des gouttes collectees estvaporisée, lors de leur ecoulement vers le bas, sous l'action de la chaleur du tube, et ainsi les conditions de transmission de chaleur dans le pre-refroidisseur de vapeur sont améliores car l'échange de chaleur par co-nvection et la vaporisation se produisent simultanément. Les ailettes extérieures 8 sont disposées dans un même plan . entre les unités de pulverisation d'eau 3. Selon la Figure 4, les ailettes extérieures du prérefroidisseur de vapeur combiné sont disposées, conformément a la presente invention, directement au-dessus des unités de pulvérisation d'eau 3. Une telle conception assure également la réduction de la hauteur de l'installation, par comparaison aux structures connues. Comme cela est mis en évidence sur les Figures 5, 6 et 7, les ailettes extérieures 8 peuvent avantageusement être agencées sous la forme de lamelles de tôle 9. Des lamelles de tôle incurvées sont représentées sur la Figure 5, des ailettes en forme de chevron sont représentées sur la Figu-re 6 et des ailettes en forme de Z sont représentées sur la Figure 7. Avantageusement, les chevrons représentés sur la Figure 6 définissent entre eux un angle ne dépassant pas la valeur de 1200 et les branches de chevrons sont disposées symétriquement par rapport à l'axe longitudinal du tube. Le dessin montre clairement que le pré-refroidisseur de vapeur conforme à l'invention peut être installé sans difficulté dans la partie supérieure du condenseur d'évaporation. Par l'utilisation du pré-refroidisseur de vapeur conforme à l'invention, il se produit un refroidissement plus efficace de la vapeur surchauffée par rapport aux solutions connues, et il est possible de construire le condenseur de vapeur. sans séparateur de gouttes. La solution proposée offre la possibilité de réduire les dimensions de l'installation et de diminuer ainsi les frais de fabrication. REVENDICATIONS 1.- Pré-refroidisseur de vapeur combiné pour condenseurs notamment pour des installations de réfrigération à évaporation comportant un serpentin tubulaire pourvu d'ailettes interieures et disposé à part des unités de pulvérisation d'eau du condenseur, caractérisé en ce que le serpentin tubulaire (1) est pourvu d'ailettes extérieures (8) qui sont agencées sous la forme de lamelles en tôle (9) pour séparer les gouttes d'humidite et qui sont disposees dans le trajet de l'écoulement de l'air de manière à modifier la direction de l'écoulement de l'air. 2.- Pre-refroidisseur de vapeur combiné selon la revendication 1, caractérisé en ce que les lamelles de tôle (9) ont un profil incurvé. 3.- Pré-refroidisseur de vapeur combiné selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque lamelle de tôle (9) est constituée de deux plaques planes qui sont disposées de façon à faire au maximum un angle de 60 avec l'axe longitudinal du tube. 4.- Pré-refroidisseur-de vapeur combiné selon la revendicat.on 1, caractérisé en ce que les lamelles de tôle (9) sont constituées de trois plaques qui sont reliées entre elles en forme de Z. 5.- Pré-refroidisseur de vapeur combine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les lamelles de tôle (9) sont disposees parallèlement entre elles. 6.- Pré-refroidisseur de vapeur combiné selon l'une quelconque des revendications 1 à5, caractérisé en ce qu'il est disposé entre les unités de pulvérisation d'eau (3) du condenseur d'evaporation. 7.- Pré-refroidisseur de vapeur combiné selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est disposé directement au-dessus des unités de pulvérisation d'eau (3) du condenseur de vapeurs.