Brevet FR2574908A1 — publié le 19860620

Installation pour abaisser la température d'un écoulement de gaz, notamment pour le conditionnement thermique d'air de climatisation de locaux, par échange thermique direct avec un liquide de refroidissement. La présente invention concerne les installations destinées à abaisser la température d'un écoulement de gaz, notamment pour le conditionnement thermique de l'air de climatisation de locaux industriels ou domestiques, par échange thermique direct avec un liquide de refroidissement ayant une température inférieure à celle dudit gaz et pulvérisé dans ledit écoulement. Elle trouve notamment son application dans les installations du type "laveur d'air" dont le principe repose sur un échange thermique direct, entre l'air de climatisation et un liquide de refroidissement, tel que de l'eau par exemple. I1 est connu et assez courant de provoquer l'a-. baissement de la température de l'air de climatisation en pulvérisant, dans les gaines servant au transport de ce dernier, de l'eau de refroidissement dont la température est inférieure à celle de l'air à conditionner, cet écart de température pouvant par exemple être de l'ordre d'une dizaine ou d'une vingtaine de degrés Celsius. La mise en oeuvre d'un tel procédé est généralement assure par des rampes de pulvérisation d'eau froide implantées soit directement dans les gaines véhiculant l'air à conditionner, soit dans des cellules intégrées en série dans celles-ci, la pulvérisation de l'eau de refroidissement étant effectuée dans le sens opposé à celui de l'écoulement d'air et/ou également simultanément dans le sens d'écoulement de l'air ; le processus de pulvérisation de l'eau de refroidissement à contre-courant a pour avantage de favoriser un meilleur échange thermique.Après utilisation, l'eau que l'on récupère à la base de la gaine ou des cellules, est généralement recyclée vers les rampes de pulvérisation susdésignées éventuellement après passage dans des groupes de refroidissement, mais peut être aussi perdue. Si un tel échange thermique entre l'air à refroidir et l'eau de refroidissement est direct, rapide et efficace puisqu'il n'existe aucune paroi d'échange entre l'air et l'eau de refroidissement, il faut cependant noter que, après l'échange thermique précité, le gradient de température entre la température de l'eau recueillie et celle de l'air lui ayant cédé des calories est encore relativement grand, car la température de l'eau recueillie reste nécessairement inférieure. (ou au plus égale) à celle de l'air traité. L'eau recueillie possède donc encore un pouvoir réfrigérant parfois non négligeable puisque sa température est encore nettement inférieure à la température de l'air non traité. I1 en résulte la nécessité d'utiliser des quantités d'eau importantes pour obtenir un abaissement donné de la température de l'air. L'invention a donc essentiellement pour but de remédier à cet inconvénient dans toute la mesure du possible et de proposer une installation perfectionnéequi permette d'économiser notablement le liquide de refroidissement pour l'obtention d'une température prédéterminée du gaz en faisant en sorte d'accroître notablement l'échange thermique entre l'air et l'eau et donc d'augmenter la quantité de chaleur absorbée par unité de masse de l'eau de refroidissement. A ces fins, on prévoit qu'une installation du type précité agencée conformément à l'invention comprend - au moins deux rampes de pulvérisation de liquide disposées l'une à la suite de l'autre dans le sens de l'écoulement de gaz, - deux bacs de récupération du liquide pulvérisé indépen dants'l'un de l'autre et associés respectivement aux deux rampes, - des moyens d'alimentation en liquide de refroidissement raccordés à la seconde rampe (considérée dans le sens de l'écoulement du gaz) pour l'alimenter à partir d'une source de liquide de refroidissement, - des moyens de liaison entre le second bac et la première rampe pour alimenter la première rampe avec du liquide de refroidissement partiellement réchauffé contenu dans le second bac, cet des moyens d'évacuation pour évacuer le liquide contenu dans ce premier bac. les susdits éléments composants formant au moins deux dellu- les de refroidissement dans lesquelles le liquide de refroidissement circule à contre-courant de l'écoulement de gaz. Dans une installation conforme à l'invention, on effectue donc un recyclage de l'eau sortant d'une cellule de refroidissement vers une autre cellule de refroidissement du même type, que l'on dispose dans le flux d'air, en amont de la première cellule. Ce type d'aqencement à plusieurs étages conduit à un accroissement du refroissement de l'air traité sans apport notable d'eau supplémentaire ou, en d'autres termes, à un apDort d'eau de refroidissement moindre pour un refroidissement régal de l'air traité : le qain ainsi obtenu sur les apports d'eau peut atteindre plus de 30 %. Egalement, on élimine la barrière" que constituait la température de l'eau recueillie et il est possible que la température de l'air traité par l'installation de l'invention puisse être inférieure à celle de l'eau recueillie à la sortie de la dernière cellule (cellule amont), alors qu'un tel résultat ne pouvait pas être obtenu dans une installation classique, comme indiqué précédemment. Enfin, la température de l'eau froide fournie à la seconde rampe peut être légèrement moins basse que dans une installation classiaue. Ce possible relèvement de la température de l'eau froide et cette réduction de consommation d'eau de refroidissement conduisent également, dans le cas d'une réutilisation de l'eau récupérée et de son recyclage vers les cellules de refroidissement, à la mise en oeuvre de qroupes réfriqérants différemment dimensionnés que dans l'art antérieur et en qénéral moins coûteux. I1 en est de même pour l'ensemble des composants des circuits hydrauliques (pompes, vannes de régulation, tuyauteries, etc...). L'installation de l'invention permet donc de réaliser des économies substantielles d'énergie et de réduire les investissements nécessaires aux installations de climatisation, notamment lorsque celles-ci font appel à des groupes de réfrigération permettant le recyclage de l'eau sortant des "laveurs d'air" vers les cellules de refroidissement d'air, tel que décrit précédemment. De façon intéressante, une paroi perméable au gaz mais imperméable aux projections de- liquide sépare les deux rampes de pulvérisation. Dans le cas où l'installation est équipée d'au moins trois cellules de refroidissement,des moyens de liaison sont prévus entre chaque bac (à l'exception du premier, dans le sens de circulation du qaz) et la rampe de pulvérisation située immédiatement en amont. Dans un mode de réalisation intéressant, l'installation comprend une enceinte munie d'une entrée pour le gaz relativement chaud et d'une sortie pour le gaz refroidi, enceinte dans laquelle sont disposées les susdites rampes de pulvérisation de liquide de refroidissement entre lesdites entrée et sortie du qaz, et une cloison séparatrice est prévue à la partie inférieure de l'enceinte entre deux rampes successives pour diviser la partie inférieure de l'enceinte en des bacs de récupération de liquide. Si nécessaire, des moyens de refroidissement du liquide peuvent être inclus dans le circuit d'alimentation de la dernière rampe. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation préféré, donné uniquement à titre d'exemple non limitatif et illustré de façon très schématique sur la figure unique du dessin annexé. Dans une enceinte 1 débouchent un conduit d'amenée 2 de gaz (tel que de l'air) relativement chaud et un conduit 3 d'évacuation de gaz rafraîchi, le gaz circulant comme indiqué par les flèches. Dans l'enceinte 1 sont disposées deux rampes 4 et 5 de pulvérisation d'un liquide de refroidissement, tel que de l'eau, dont la température est inférieure à celle du gaz amené par le conduit 2. Les deux rampes 4 et 5 sont situées approximativement l'une à la suite de l'autre sur le trajet suivi par le gaz dans l'enceinte ; les rampes s'étendent approximativement verticalement et projettent le liquide à contre-sens du déplacement du qaz, mais d'autres dispositions peuvent être envisagées sans sortir du cadre de l'invention. Une cloison basse 6 s'étendant sur le fond de l'enceinte 1, entre les deux rampes, délimite deux bacs indépendants respectivement 7 et 8 recueillant le liquide pulvérisé par les rampes 4 et 5, respectivement. Eventuellement, la cloison basse 6 peut être prolongée vers le haut par une paroi 9 séparant l'enceinte en deux chambres 10 et 11 , la paroi 9 est perméable au gaz, mais empêche les projections de liquide d'une chambre à l'autre. Une communication de trop-plein 6a peut être établie entre le bac 7 et le bac 8. La rampe de pulvérisation 5 (la seconde dans le sens de circulation du gaz) est raccordée, par l'intermédiaire d'une pompe 12, à un réservoir 13 de liquide de refroidissement. Si le liquide disponible dans le réservoir n'est pas à la température appropriée, un groupe de refroidissement 14 peut être inclus par exemple entre la pompe 12 et la rampe 5. Dans le réservoir 13 est prévu un dispositif 15 d'alimentation automatique en liquide {robinet à flotteur) destiné à maintenir constant le niveau du liquide à partir d'une source de liquide d'appoint (15a). La rampe de pulvérisation 4 (la première dans le sens de circulation du qaz) est raccordée, par l'intermédiaire d'une pompe 16, au second bac 8. Enfin, un conduit de retour 17 relie le bac amont 7 au réservoir 13 éventuellement par l'intermédiaire d'une pompe de retour 17a. En cours de fonctionnement de l'installation, le liquide de refroidissement en provenance du réservoir 13 est pulvérisé par la rampe 5. Le liquide réchauffé au contact du qaz est recueilli dans le bac 8 et pulvérisé à nouveau par la rampe 4 dans le gaz relativement chaud délivré par le conduit d'amenée 2.Ainsi, le gaz subit un refroidissement en deux stades : d'abord un prérefroidissement dans la chambre amont 10 (considérée dans le sens de circulation du gaz) au contact du liquide pulvérisé déjà en partie précédemment réchauffé dans la chambre aval 11, puis un refroidissement plus complet dans la chambre aval 11 au contact de liquide froid provenant du réservoir 13, Dans l'exemple représenté, le liquide réchauffé sortant du bac amont 7 est ramené au réservoir 13, ce qui suppose que le réservoir 13 a une capacité calorifique très qrande eu égard à la quantité de chaleur du liquide réchauffé qui lui est ramenée (par exemple le volume du réservoir 13 est très grand par rapport au débit du liquide réchauffé).Si tel n'est pas le cas, on peut prévoir un refroidisseur (non représenté) en amont du réservoir 13 ou bien on peut prévoir que le liquide réchauffé n'est pas ramené au réservoir 13 et est évacué par un circuit extérieur indépendant. L'exemple pris en considération comporte deux cellules de refroidissement. Toutefois, bien entendu, on peut avoir recours à un nombre supérieur de cellules, chaque rampe d'une cellule étant alimentée à partir du bac de la cellule précédente (ou aval) à l'exception de la dernière qui est directement alimentée à partir du réservoir 13. Le qaz subit alors un refroidissement en gradins en traversant successivement toutes les cellules. Comme il va 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 envisages , elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Installation pour abaisser la température d'un écoulement de gaz, notamment pour le conditionnementthermique d'air de climatisation de locaux, par échange thermique direct avec un liquide de refroidissement ayant une température inférieure à celle dudit qaz et pulvérisé dans ledit écoulement, caractérisée en ce qu'elle comprend - au moins deux rampes (4, 5) de pulvérisation de liquide disposées l'une à la suite de l'autre dans le sens de l'écoulement de qaz - deux bacs (7, 8) de récupération du liquide pulvérisé indépendants l'un de-l'autre et associés respectivement aux deux rampes (4, 5);; - des moyens (12) d'alimentation en liquide de refroidissement raccordés à la seconde rampe (considérée dans le sens de l'écoulement du-gaz) pour l'alimenter à partir d'une source (13) de liquide de refroidissement; - des moyens (16) de liaison entre le second bac (8) et la première rampe (4) pour alimenter la première rampe (4) avec du liquide de refroidissement partiellement réchauffé contenu dans le second bac (8); - et des moyens (17) d'évacuation pour évacuer le liquide contenu dans ce premier bac (7); les susdits éléments composants formant au moins deux cellules de refroidissement dans lesquelles le liquide de refroidissement circule à contre-courant de l'écoulement de gaz. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une paroi (9) perméable au gaz mais imperméable aux projections de liquide sépare les deux rampes de pulvérisation (4, 5). 3. Installation selon la revendication 1 ou 2, équipée d'au moins trois cellules de refroidissement, ca caractérisée en ce que des moyens de liaison (16) sont prévus entre chaque bac et la rampe de pulvérisation située immédiatement en amont. 4. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les rampes de pulvérisation (4, 5) sont agencées pour projeter le liquide à contre-courant de l'écoulement de gaz. ; Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend une enceinte (1) munie d'une entrée (connectée au conduit 2) pour le gaz relativement chaud et d'une sortie (connectée au conduit 3) pour le gaz refroidi, enceinte dans laquelle sont disposées les susdites rampes (4, 5) de pulvérisation de liquide de refroidissement entre lesdites entrée et sortie du gaz, et en ce qu'une cloison séparatrice (6) est prévue à la partie inférieure de l'enceinte entre deux rampes successives (4, 5) pour diviser la partie inférieure de l'enceinte en des bacs (7, 8) de récupération de liquide. 6. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un appoint en liquide de refroidissement est fourni au réservoir (13). 7. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que des moyens (14) de refroidissement du liquide sont prévus dans le circuit d'alimentation de la dernière rampe (5).