Brevet FR2593900A1 — publié le 19870807

- 1 - PROCEDE ET DISPOSITIF PERMETTANT DE RECUPERER LA CHALEUR SUR DES INSTALLATIONS REJETANT DE L'AIR CHAUD CHARGE DE VAPEUR ET D'ACCROITRE LA PRODUCTIVITE DE CES INSTALLA- TIONS. La présente invention concerne un procédé de récu- pération pratiquement totale de la chaleur contenue par un mélange d'air chaud et de vapeur rejeté par des ins- tallations et plus particulièrement des installations de séchage; elle concerne également un dispositif permet- tant la mise en oeuvre du dit procédé. Dans la suite de la description, l'invention sera plus particulièrement décrite dans le cas d'installa- tions utilisées pour le séchage d'articles textiles, no- tamment une installation de séchage et de séchage-repas- sage, ces installations rejetant des quantités importan- tes d'air chaud chargées de vapeur d'eau, mais il est évident que cela n'est pas limitatif et que le procédé selon l'invention pourrait être mis en oeuvre dans d'au- tres domaines techniques o se posent des problèmes similaires. Dans le domaine de blanchissage d'articles texti- les, la chaleur utilisée pour les opérations de séchage ou de séchagerepassage, déduction faite des pertes par rayonnement des installations, est contenue en totalité dans le mélange d'air chaud et de vapeur d'eau rejeté par les installations utilisées pour de telles opéra- tions. A ce jour, et dans le meilleur des cas, ce mélange d'air chaud et de vapeur est rejeté dans l'atmosphère, ce qui entraîne un gaspillage important d'énergie. Afin de récupérer une partie de cette énergie, il a - 2- été proposé de faire passer les conduits d'évacuation du mélange rejeté, sous tube, à l'intérieur de l'installa- tion, par exemple,dans le cas d'une sécheuse-repasseuse, à l'intérieur d'une hotte disposée au dessus des cylin- dres de repassage et d'aspiration d'air frais et sec que comporte une telle installation. Une telle solution ne donne cependant pas satisfac- tion et n'abaisse pratiquement pas la consommation d'énergie. Il a également été proposé de faire passer cet air chaud chargé de vapeur d'eau à travers un échangeur con- denseur pour produire de l'eau chaude; mais les tempé- ratures d'eau chaude obtenues restent basses (de l'ordre de 40 C) et la part d'énergie économisée très réduite. Or on a trouvé et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention, un procédé perfectionné qui permet de récupérer la totalité de la chaleur consommée par de tels appareils de séchage, déduction faite de la chaleur perdue par rayonnement, soit la totalité de la chaleur contenue par le mélange d'air et de vapeur chaud rejeté par ces appareils. D'une manière générale, l'invention concerne donc un procédé permettant de récupérer la totalité de la chaleur (hors pertes par rayonnement) sur des installa- tions projetant de]'air chaud chargé de vapeur et per- mettant ainsi d'accroître la productivité de ces instal- lations,le procédé selon l'invention consistant à faire passer le mélange d'air et de vapeur chaud rejeté par l'installation à l'intérieur d'un échangeur de chaleur et étant caractérisé par le fait que: - lors de son passage à l'intérieur de l'échangeur, le mélange d'air et de vapeur est maintenu à une pres- - 3- sion maximum, supérieure à la pression atmosphérique ambiante, par le moyen du ou des ventilateurs d'extrac- tion des installations, la disposition des organes de la chambre d'échange, au moins un volet de réglage de débit d'échappement de l'échangeur de l'air résiduel; - l'on réinjecte en totalité ou partiellement l'air chaud déshydraté résiduel à travers l'appareil de trai- tement; - le fluide réchauffé sortant de l'échangeur est dirigé sur un ou plusieurs circuits d'utilisation à des températures différentes dans le cas de plusieurs cir- cuits; - l'on provoque l'écoulement lent des condensats de la vapeur du mélange vers la base de l'échangeur, ces condensats pouvant être réutilisés soit du fait de leur nature, soit en raison de la chaleur résiduelle qu'ils contiennent, soit l'une et l'autre de ces caractéristi- ques ensemble. En d'autres termes, conformément à l'invention: - l'échangeur est conçu pour entraîner une perte de charge suffisante pour la circulation dans son enceinte du mélange d'air et de vapeur augmentant dans cette enceinte la pression du mélange qui est propulsé et com- primé sensiblement de ce fait par le ventilateur d'ex- traction de l'appareil de séchage; - lors de son passage à travers l'échangeur, le mé- lange d'air et de vapeur chaud est ainsi maintenu en permanence à une pression supérieure à la pression at- mosphérique ambiante alors même que l'appareil de sécha- ge ou divers de ses organes (cylindres des sécheuses- repasseuses) sont maintenus à une pression inférieure à la pression atmosphérique; - en sortie de l'échangeur, l'air chaud résiduel est suffisamment déshydraté pour être réaspiré directe- - 4- ment par l'appareil de séchage; - l'échangeur vertical est traversé, de bas en haut par le mélange d'air et de vapeur afin de maintenir le plus longtemps possible les condensats dans l'échangeur afin d'en retirer le maximum de chaleur; - en dépit de la vitesse ascensionnelle élevée du mélange air-vapeur dans l'échangeur, les gouttes de con- densats produites sont dirigées lentement vers la base de l'échangeur et les condensats sont évacués à ce ni- veau; - le fluide réchauffé sort de l'échangeur à une température élevée et peut être ainsi utilisable et pro- curer d'importantes économies d'énergie. Selon une forme de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, une partie ou la totalité de l'air chaud déshydraté est réintroduite à l'intérieur de l'appareil de séchage et la productivité de l'appareil augmente dans la proportion de la quantité de chaleur ainsi recy- clée par rapport à celle utilisée normalement par l'ap- pareil. Dans le cas o il est nécessaire d'assurer le chauffage du local à l'intérieur duquel est disposé l'appareil, une partie ou la totalité de l'air chaud sec en sortie d'échangeur peut être utilisé à cet usage, l'augmentation de productivité de l'appareil sera alors moins élevée, étant proportionnelle à l'air chaud recy- clé sur l'appareil. Pour la mise en oeuvre du procédé précité, on uti- lisera un nouveau type d'échangeur qui fait également partie de l'invention. Cet échangeur est du type tubulaire à spires et à circulation d'eau et il se caractérise par le fait: - 5 - - qu'il comporte: une enceinte cylindrique dans laquelle dé- bouche, à la partie inférieure un conduit d'admission du mélange d'air et de vapeur chaud et, à sa partie supérieure, un conduit de sortie d'air chaud déshydraté; une colonne centrale s'étendant sur une hau- teur majoritaire de l'enceinte précitée, cette colonne est fermée à sa partie supérieure afin d'éviter dans son volume interne tout mouvement important d'air ascendant afin de permettre aux condensats de traverser par gravité les perforations prévues à cet effet sur sa périphérie, à chaque étage de spires et à sa base, les condensats étant ensuite évacués par l'intermédiaire d'un conduit dé- bouchant dans le fond de la dite colonne. - et que l'espace entre l'enceinte et la colonne centrale définit une chambre à l'intérieur de laquelle sont disposées les spires tubulaires de circulation d'eau entre lesquelles circule, à contre courant, le mélange d'air et de vapeur chaud, la dite chambre étant maintenue à une pression constante supérieure à la pres- sion atmosphérique du fait de la perte de charge créée par les spires et d'un ou plusieurs volets de réglage du débit d'air chaud aprèssa sortie de la zone d'échange. Si l'échangeur, conforme à l'invention, peut com- porter un seul circuit de circulation d'eau, selon un mode de réalisation préférentiel, le dit échangeur com- portera avantageusement deux ou plusieurs circuits sépa- rés et superposés permettant d'obtenir à leur sortie des températures de fluide réchauffé différentes, le circuit le plus bas permettant d'obtenir des temperatures de sortie de fluide les plus élevées, le circuit le plus - 6- haut produisant le fluide à la temperature la moins éle- vée afin de maintenir au sommet de l'échangeur une tem- pérature suffisamment basse pour provoquer au maximum la condensation de la vapeur contenue dans le mélange air vapeur dont l'échangeur est alimenté en énergie. Conformément à l'invention, le maintien sous pres- sion du mélange air vapeur dans la chambre de l'échan- geur par le ventilateur d'extraction de l'appareil de séchage est obtenu en enroulant le (ou les) tube (s) de circulation d'eau sous la forme de spirales empilées par couches étagées en série, chaque étage pouvant être sé- paré par un intervalle égal au diamètre du tube de liai- son entre les dits étages, la surface libre entre les spires d'une même couche, à travers laquelle circule le mélange air vapeur, étant inférieure ou égale à la sec- tion d'entrée de ce mélange dans l'échangeur, cette sur- face de circulation pouvant avantageusement être réduite à chaque étage de spire par rapport à l'étage immédiate- ment inférieur afin de maintenir le maximum de pression du mélange air vapeur à travers l'échangeur au fur et à mesure de la condensation de la vapeur. Par ailleurs, les spires de chaque étage seront dé- calées d'un étage à l'autre afin de permettre un maximum d'échange thermique en augmentant la convection et les turbulences. L'évacuation obligatoire des condensats vers la ba- se de l'échangeur à travers la colonne centrale, en rai- son de la vitesse élevée de passage du mélange d'air et de vapeur à travers les spires qui entraînent les gout- tes de condensats au sommet des tubes formant les spires, n'est possible que si chaque étage de spires est disposé suivant une surface conique formant un angle - 7 - assez prononcé avec un plan horizontal, le sommet de la spirale conique de chaque étage de tubes étant dirigé vers le bas et la spire centrale de chaque étage étant en contact tangentiel avec la surface extérieure de la colonne centrale, elle-même perforée de petits trous au dessus et suivant cette ligne de tangence, les gouttes de condensats descendent ainsi par gravité et à la vi- tesse désirée suivant l'angle du cone, suivant la ligne en spirale conique de la partie supérieure de chaque étage jusqu'à la spire centrale d'o elles passent par gravité, à travers les trous décrits ci-avant, à l'in- térieur de la colonne centrale à travers laquelle elles rejoignent par gravité la base de l'échangeur et l'ori- fice d'évacuation des condensats, aucun mouvement appré- ciable du mélange d'air et de vapeur ne pouvant se pro- duire à l'intérieur de l'enceinte de la dite colonne. Pour les condensats pouvant se former à la base de la chambre de l'échangeur, entre son enceinte et la co- lonne centrale, la base de cette colonne comprend sur sa périphérie une ou plusieurs petites perforations, de sections insuffisantes pour créer une vitesse ascen- sionnelle du mélange d'air et de vapeur dans la colonne, mais suffisantes pour éliminer ces rares condensats pos- sibles en leur permettant de pénétrer dans la colonne centrale pour rejoindre l'orifice d'évacuation des con- densats. Enfin, chaque circuit de fluide à réchauffer est é- quipé avant son entrée dans l'échangeur d'une vanne au- tomatique ou manuelle et à sa sortie d'un système de ré- gulation thermostatique de la température du fluide ré- chauffé par contrôle permanent de la température d'un circuit de fuite à débit réglable en parallèle avec ce- lui d'échappement du fluide à température contrôlé par - 8 - le thermostat. L'invention et les avantages qu'elle apporte seront mieux compris grâce aux exemples de réalisation donnés ci-après à titre indicatif mais non limitatif et qui sont illustrés par les schémas annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique, en coupe, montrant plus en détail la structure et le fonctionne- ment d'un échangeur de chaleur permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention - les figures 2 et 3 sont des vues de détail d'un support déflecteur que comporte un échangeur conforme à l'invention pour assurer le montage des étages de spires suivant l'angle de leur montage conique choisi, ainsi que la meilleure répartition du mélange d'air chaud et de vapeur lors de son introduction dans la chambre d'échange; - la figure 4 est la vue schématique en coupe, sui- vant son diamètre, d'un étage de spires monté sur la colonne centrale perforée que comporte un échangeur con- forme à l'invention pour assurer la descente des conden- sats vers la colonne centrale et la descente des conden- sats vers la base de cette colonne; - la figure 5 est la vue schématique en coupe de la partie inférieure de l'échangeur, virole, colonne cen- trale munie d'ouvertures à sa base, fond de l'échangeur, tube d'évacuation des condensats que comporte un échan- geur conforme à l'invention pour assurer l'élimination d'une part des condensats drainés à l'intérieur de la colonne centrale, d'autre part de ceux pouvant se former ou se rassembler sous la chambre d'échange entre la colonne centrale et la virole de l'échangeur; - la figure 6 est une vue schématique en perspecti- ve d'une sécheuse-repasseuse à deux cylindres équipés chacun d'un échangeur de chaleur conformément à l'inven- 9 - tion. La figure 1 illustre schématiquement un ensemble d'une installation mettant en oeuvre le procédé conforme à l'invention et permettant de récupérer la chaleur à la sortie d'un appareil, désigné par la référence générale (1), entratnant la formation d'un mélange d'air et de vapeur chaud tel que par exemple un séchoir à linge. Dans de tels appareils, le linge humide est soumis à l'action d'un courant d'air chaud. Pour ce faire, l'air froid ambiant est appelé à travers un conduit d'admission (2) et un système de réchauffage (3) par un ventilateur d'extraction (4) qui met l'ensemble interne de l'appareil (1) en dépression et assure la circulation d'air chaud à travers la matière textile à sécher (non représentée à la figure 1) qu'il sèche progressivement en se chargeant de vapeur pour être évacué par le venti- lateur (4) en (5). Dans les. installations conventionnelles utilisées à ce jour, l'air chaud chargé de vapeur d'eau (qui con- tient toute l'énergie thermique absorbée par l'appareil moins les pertes par rayonnement) est en général rejeté simplement à l'extérieur, ce qui entraîne un gaspillage important d'énergie tant du fait de la masse de vapeur rejetée, identique à la masse d'eau évaporée que de celui de l'importante masse d'air chaud également reje- tée. Dans certains cas, il a été envisagé de récupérer très partiellement cette énergie de rejet mais, à ce jour, les solutions proposées ne permettent au mieux que d'obtenir de l'eau chaude à une température de l'ordre de 40 C. Le procédé conforme à l'invention permet de récu- pérer pratiquement la totalité de l'énergie rejetée par - 10 - l'appareil (1) soit la totalité de l'énergie qu'il con- somme, déduction faite de l'énergie perdue par rayonne- ment. Un tel résultat est obtenu, conformément à l'inven- tion, en raccordant avec le maximum d'étanchéité possi- ble la conduite (5) d'évacuation du mélange d'air chaud et de vapeur à un échangeur de chaleur (6) dont la structure et le fonctionnement seront vus plus en détail dans la suite de la description mais qui, conformément à l'invention, permet de maintenir le mélange d'air et de vapeur chaud circulant à l'intérieur de cet échangeur à une pression P +,M le plus possible supérieur à la pression atmosphérique ambiante P. Selon un mode préférentiel à l'invention, s'il peut être envisagé d'utiliser tous types d'échangeur qui devront cependant être adaptés pour permettre d'obtenir la surpression, la déshydratation maximum du mélange d'air et de vapeur traité et l'élimination des conden- sats, on utilisera de préférence un échangeur tubulaire de type nouveau, qui fait également l'objet de la pré- sente invention. Un tel échangeur tubulaire est constitué, ainsi que cela ressort de la figure 1 annexée, d'une enceinte cy- lindrique (7) comportant à sa partie inférieure un con- duit d'admission (5a) relié de façon parfaitement étan- che au conduit de sortie (5) disposé en aval du venti- lateur (4) et qui, de ce fait, permet donc d'introduire l'air chaud chargé de vapeur à l'intérieur de l'enceinte (7). A l'intérieur de cette enceinte (7) est disposée une colonne centrale (8) qui s'étend sur une partie ma- joritaire de la hauteur de l'enceinte (7) de l'échan- geur. - 11 - Cette colonne (8) est dotée de perforations (9) a- ménagées sur sa périphérie tangentiellement aux spires centrales (10) de chaque étage de spires dans lesquelles circule le fluide à réchauffer par l'échangeur; cette même colonne (8) est également dotée à sa base de perfo- rations (11). L'espace compris entre l'enceinte (7) et la colonne (8) définit une chambre à l'intérieur de laquelle circu- le, de bas en haut, le mélange d'air chaud et de vapeur provenant de l'installation (1). L'échange thermique le meilleur est obtenu en fai- sant passer cet air chaud chargé de vapeur entre les spires (12) d'un serpentin tubulaire à l'intérieur duquel circule à contre courant (de haut en bas) un fluide (eau par exemple) qui est réchauffé par échange thermique. L'arrivée de ce fluide est assurée par le tube (13) et la vanne de commande (14). L'échangeur conforme à l'invention est conçu de manière à maintenir à l'inté- rieur de la chambre d'échange une pression P + 3 supé- rieure à la pression atmosphérique ambiante et très su- périeure à la pression P - et de vapeur chaud dans la chambre d'échange de l'échan- geur (6) subit une augmentation de température apprécia- ble, par compression permanente dans la chambre d'échan- ge. Cette compression est provoquée par le ventilateur d'extraction (4), une section totale de circulation du mélange d'air et de vapeur à travers chaque étage de spires (12) inférieure à celle du conduit d'admission (5) et par les volets de réglage de débit d'air (15), (16), (17) et (18) équipant respectivement les conduits - 12 - de sortie d'air chaud (19), (20), (21) et (22) reliés au conduit de sortie d'air chaud (23) de l'échangeur, lui- même relié à la collerette (23a) de sortie d'air chaud disposée à la partie supérieure de l'échangeur. Pour permettre la condensation maximum de la vapeur du mélange de vapeur et d'air chaud introduit dans l'échangeur, il est nécessaire que les étages hauts de spires de l'échangeur contiennent un fluide à plus basse température possible; ceci implique donc un débit de fluide à réchauffer important qui ne permettra qu'une faible augmentation de la température de fluide à ré- chauffer, sauf si pour des raisons propres à l'utilisa- tion de l'appareil (1) ou d'autres raisons de mode opé- ratoire, on désire conserver à l'air chaud sortant de l'échangeur un taux d'humidité résiduelle élevé. Il est préférable, conformément à un mode préféren- tiel de l'invention d'avoir plusieurs groupes d'étages de spires superposés dans la chambre d'échange, le grou- pe le plus haut permettant le réchauffement à moyenne température du fluide circulant dans ses spires, le groupe le plus bas permettant la production d'un fluide à la température la plus haute, voisine de la températu- re du mélange air vapeur comprimé à la base de la cham- bre d'échange. Sur le schéma représenté sur la figure 1 annexée, figurent deux groupes d'étages de spires super- posés: le groupe supérieur A et le groupe inférieur B. Le groupe de spires supérieur A est alimenté en fluide froid depuis le tube (13) et par le tube (13a). Le fluide réchauffé à moyenne température provenant du groupe de spires A est évacué par le tube (24a) muni d'une électrovanne (25a) pour rejoindre le tube de sor- tie (26a) à travers une vanne de réglage de débit (27a). Afin d'assurer la régulation de température du fluide à moyenne température provenant du groupe supé- - 13 - rieur de spires A, une tubulure (28a) de fuite permanen- te du fluide est dérivée en amont de la vanne (25a), cette tubulure est équipée d'une vanne de débit minimum (29a) de façon à permettre le balayage permanent de la sonde du thermostat (30a) commandant l'ouverture ou la fermeture de l'électrovanne (25a) de sortie de fluide à moyenne température. Le groupe de spires inférieur B assurant la produc- tion de fluide à haute température fonctionne identique- ment au groupe de spires supérieur comme n'importe quel autre groupe le cas échéant. * Pour ce groupe B, la numérotation de référence in- diquée pour tous les organes de ce circuit, sur la figu- re n 1 annexée, est la même que pour le groupe A mais elle est suivie de la lettre b, c'est-à-dire qu'elle comprend dans l'ordre la numérotation suivante: (13b), (24b), (25b), (26b), (27b), (28b), (29b), (30b), le fluide réchauffé à travers ce groupe de spires inférieur B se trouve porté à une température voisine de la tempé- rature ambiante à la base de la chambre d'échange. Chaque étage de spires d'un ou des groupes de ser- pentins de l'échangeur conforme à l'invention est conçu suivant la figure 4 ci-annexée et comprend un tube (12) enroulé en spirale conique dont la spire centrale (10) est maintenue en contact tangentiel circulaire avec la surface externe de la colonne (8). La base du cône ainsi formé par chaque étage de spires est située à la partie haute de l'étage et le sommet du cône dirigé vers le bas. La surface totale par étage de spires ainsi formé entre la virole (7) de l'échangeur, les tubes (12) de chaque étage et la colonne (8) est, suivant l'invention, inférieure à la section du tube d'alimentation (5) de l'échangeur en air chaud chargé de vapeur, ceci pour maintenir la pression P +1 du mélange d'air et de - 14 - vapeur chaud pendant sa circulation ascendante à travers les étages de spires. Suivant un mode préférentiel à l'invention, cette surface de passage de l'air chargé de vapeur à travers les spires pourra utilement aller en décroissant d'étage en étage et de bas en haut pour conserver la pression P + Pau mélange d'air et de vapeur à son passage entre chaque étage de spires afin de compenser en permanence la perte de volume du mélange (d'air et de vapeur) en- traînée par la condensation d'une partie de la vapeur sur la surface externe des spires à son passage à travers chaque étage. Chaque étage de spires d'un même groupe (groupe A et groupe B suivant la figure 1 qui ne comprend que deux groupes), est monté suivant un espace conique parallèle à l'espace identique à celui de l'étage immédiatement inférieur ou supérieur. L'espace entre deux étages de spires a une hauteur égale au diamètre extérieur du tube utilisé pour la réalisation de chaque groupe de spires afin de permettre, comme précisé sur la figure 1, la liaison en série de chaque étage de spires d'un même groupe par le tube (31), de section identique à celui utilisé pour la confection des spires afin d'assurer la circulation du fluide à réchauffer d'un étage de spires à l'étage inférieur pour chaque groupe de spires, mais il est également possible, suivant la technique de fa- brication utilisée pour les spires, de diminuer au maxi- mum la distance verticale entre chaque étage de spires en positionnant le tube (31),non pas de la spire de plus grand développement de l'étage supérieur à la spire de plus petit développement de l'étage inférieur mais en utilisant le tube (31) pour relier les spires de plus grand développement de chaque étage. Afin de provoquer les meilleures conditions d'échange thermique sur la surface des spires de chaque - 15 - groupe, les spires de chaque étage voisin seront.de pre- férence montées en quinconce, régulièrement, les étages de rang pair ayant une disposition sensiblement identi- que entre eux, ceux de rang impair une disposition éga- lement identique entre eux, cette disposition assurant un meilleur balayage par le mélange air vapeur de la surface d'échange et la formation de turbulences dans le mélange d'air et de vapeur permettant le meilleur échan- ge thermique. Dans la chambre d'échange d'un échangeur suivant l'invention, la vitesse ascension- nelle du mélange d'air et de vapeur chaud dépasse la vi- tesse limite de chute des gouttes de condensats par gra- vité vers le bas de l'échangeur. Il semblerait donc plus simple, comme c'est le cas pour d'autres échangeurs, de faire circuler le mélange d'air et vapeur chaud de haut en bas pour entraîner ain- si facilement les condensats formés vers une purge de condensats située à la base de l'échangeur; mais dans ce cas, les condensats éliminés ainsi rapidement à une température élevée ne céderaient que très peu de l'éner- gie qu'ils contiennent au fluide à réchauffer circulant dans les groupes de spires. La disposition inverse, conforme à l'invention, permet au contraire d'assurer par le parcours des con- densats le plus long possible sur chaque étage de spires, le maximum de temps de contact de ces condensats avec les spires du fluide à réchauffer, donc le plus grand échange thermique, ainsi que l'élimination des condensats contenant le minimum d'énergie résiduelle à travers la colonne centrale. Ainsi que le montre la figure 4, qui représente en coupe un étage de spires, les gouttes de condensats (32) qui se forment sur la surface des spires (12) sont en- - 16 - traînées par la circulation ascendante rapide de l'air chaud chargé de vapeur suivant la ligne de points les plus hauts de chaque étage de spires, ligne formant une spirale descendante, non soumise au courant d'air ascen- dant, qui dirige ces gouttes lentement par qravité suivant la pente de laspirale jusqu'aux orifices (9) pratiqués à travers l'enveloppe de la colonne centrale (8) immédiatement au dessus de la ligne de contact circulaire de tangence en- tre la spire centrale (10) de l'étage de spires et la colonne centrale (8) , les dits orifices permettant aux condensats de s'écouler par gravité à travers l'espace intérieur de la colonne (8), colonne qui est obturée à sa partie supérieure pour empêcher tout déplacement as- cendant important du mélange d'air et de vapeur dans son espace intérieur. Les condensats provenant des échanges thermiques par condensation de la vapeur sur les spires rejoignent ainsi la base de la colonne centrale et la partie cen- trale du fond de l'échangeur qui présente une perfora- tion (33a) débouchant sur le tube (33) d'évacuation des condensats qui peut, si besoin est, être reliée au fil- tre (34) pour débarrasser ces condensats d'impuretés éventuelles dans le cas o leur énergie thermique rési- duelle les rend directement réutilisables. Par ailleurs, les pertes thermiques par rayonnement pouvant entraîner la formation de condensats dans la partie interne basse de l'échangeur immédiatement sous la chambre d'échange, comme le montre la figure 5, qui est une coupe de cette partie basse de l'échangeur, l'enveloppe de la colonne centrale (8) est munie de quelques petits orifices (35) le long et au dessus de sa ligne circulaire d'assemblage avec le fond de l'échan- geur, ainsi les gouttes de condensats (36), pouvant se former dans l'enceinte de l'échangeur sous la chambre d'échange, descendent par gravité à la base de - 17 - l'échangeur et rejoignent les condensats collectés par la colonne centrale à travers les orifices (35) pour être évacués avec eux par l'orifice inférieur(33a) et le tube (33). Afin de supporter et d'orienter convenablement à la construction les différents étages de spires situés dans la chambre d'échange, des supports (37) sont disposés en étoile immédiatement sous l'étage de spires le plus bas de l'échangeur. Les figures 2 et 3 qui sont une vue en plan et en coupe de l'ensemble des supports (37) d'un échangeur montrent que ces supports sont assemblés en étoile sui- vant la périphérie de la colonne centrale (8) et qu'ils forment avec un plan perpendiculaire à l'axe central vertical de l'échangeur un angle identique à celui né- cessaire entre le figure conique des étages de spires et un même plan. La disposition en étoile des supports (37) immédia- tement à l'entrée du mélange d'air et de vapeur chaud dans la chambre d'échange permet en outre, en donnant les profils et largeurs nécessaires aux supports (37), d'assurer une répartition optimale de la circulation d'air chaud chargé de vapeur à travers les étages de spires de la chambre d'échange. La figure 2 n'est donc qu'un dessin schématique pour ce qui concerne la géomé- trie et l'importance des supports (37). Conformément à l'invention, l'air chaud sortant de l'échangeur par le manchon (23a) et le tube (23) pourra être soit pratiquement déshydraté, soit d'un degré d'hu- midité voisin de celui de l'air ambiant. Ainsi que le montre la figure 1, si le volet (16) obture le tube (20) et que le volet (15) est ouvert ou suffisamment ouvert pour maintenir la pression P + J désirée dans la chambre d'échange, la même quantité - 18 - d'air chaud sec va sortir à l'extrémité du tube (19) que celle aspirée par l'appareil (1), grace à sa mise en dé- pression P - o' par le ventilateur (4) à travers le tube d'entrée (2) et le dispositif de chauffage (3). L'air servant au transport de la chaleur produite par le dis- positif de chauffage (3) se trouve ainsi en permanence directement recyclé chaud sur l'appareil lui-même d'o, à consommation d'énergie égale par le dispositif de chauffage (3), une augmentation importante de la produc- tivité de l'appareil (1), proportionnelle à la masse d'air recyclé et à la température de cet air par rapport à l'énergie consommée par le dispositif de chauffage (3). Si par contre, on ne désire pas augmenter la pro- ductivité de l'appareil (1), il suffira de réduire l'énergie thermique produite par le dispositif de chauf- fage (3) d'une quantité d'énergie égale à celle procurée par le recyclage de l'air chaud provenant de l'échangeur sur l'appareil (1). Il convient par ailleurs de remarquer que la masse d'air chaud rejetée par l'échangeur (6) étant en perma- nence égale à celle absorbée par l'appareil (1), il n'est pas utile d'effectuer un raccordement étanche entre le tube de sortie (19) et le tube d'admission (2), ainsi que le montre la figure 1. Au contraire, l'espace libre (38) entre le tube de sortie d'air chaud (19) et le tube d'admission (2) doit être suffisamment important pour permettre le fonction- nement de l'appareil (1) et de l'échangeur (6) suivant les autres modes opératoires ci-après: - en cas de besoin de chauffage du local, le volet (15) peut être fermé un peu plus que le réglage décrit ci-avant ou totalement fermé, dans ce cas le volet (16) peut être ouvert totalement et le volet (17) partielle- - 19 - ment ou totalement ouvert, le volet (18) restant fermé il est alors oossible d'utiliser l'air chaud sec produit par l'échangeur, partiellement ou en totalité, pour le chauffage du local et dans ce cas l'air frais d'appoint nécessaire à l'appareil (1) est aspiré par l'espace (38); - de la même façon que décrit ci-avant, l'air chaud sortant de l'échangeur (6) pourra être dirigé si besoin est sur un autre appareil dont les besoins en air chaud seraient prioritaires; - en cas de défaillance quelconque de l'échangeur (6), l'appareil (1) peut cependant continuer à fonction- ner avec sa consommation d'énergie d'origine, sans éco- nomie, en mettant en position fermée les volets (15) et (17) et en position ouverte les volets (16) et (18), la sortie du tube (22) sera dans ce cas relié par un tube approprié pour assurer, de façon classique et habituel- le actuellement, l'évacuation de l'air chaud chargé de vapeur à l'extérieur du local. Dans ce cas encore, l'es- pace (38) fournira l'air frais à l'appareil (1). Conformément à l'invention, on peut constater que l'énergie consommée par l'appareil (1) est partiellement recyclée sur l'appareil lui-même sous forme d'air chaud sec permettant soit d'augmenter sa productivité ou de diminuer sa consommation en énergie thermique en fonc- tion de la masse d'air recyclée; l'autre partie d'éner- gie thermique mise en oeuvre (déduction faite des pertes par rayonnement des installations et de l'énergie conte- nue par les condensats), est utilisée pour le chauffage d'un fluide (eau par exemple), à température unique ou à plusieurs gammes de température (en général deux) dont une voisine de la température de la chambre d'échange le reste de l'énergie est contenue par l'eau chaude fournie par les condensats. - 20 - La.totalité de l'eau ou des fluides chauds produits par de tels échangeurs est le plus souvent directement utilisable. L'invention permet donc une économie quasi totale d'une quantité d'énergie équivalente à celle absorbée par l'appareil (1) et une augmentation importante de productivité de cet appareil. L'invention peut être appliquée pour toutes les installations rejetant un mélange d'air et de vapeur chaud. C'est par exemple le cas d'une sécheuse-repasseu- se utilisée pour le séchage du linge plat, appareil qui, de manière connue, comporte d'une part un ou plusieurs cylindres successifs d'entraînement du linge et d'éva- cuation d'un mélange d'air et de vapeur chaud, chaque cylindre étant doté d'un ventilateur d'extraction, d'au- tre part une cuvette chauffante fixe par cylindre assu- rant le séchage et le repassage du linge. Ainsi, la figure 6 représente le schéma en perspec- tive d'une sécheuse-repasseuse à deux cylindres équipés chacun d'échangeurs (6) conforme à l'invention et per- mettant en permanence le recyclage sur la surface aspi- rante des cylindres (surface non en contact avec les cu- vettes) de la masse d'air chaud suffisamment sec sortant de l'échangeur et, hors pertes par rayonnement de l'ins- tallation, l'utilisation du reste de l'énergie thermique mise en oeuvre dans les cuvettes pour produire de l'eau chaude à des températures permettant son utilisation di- recte pour le lavage du linge en particulier. S'il existe des hottes, généralement transparentes, pour recouvrir la partie supérieure des sécheuses-repas- seuses dans le souci de limiter les pertes par rayonne- ment de tels appareils, de telles hottes ne laissant pour les entrées d'air frais qu'un mince espace (38) né- - 21 - cessaire à l'entrée du linge humide dans l'appareil et un espace identique à l'arrière de l'appareil (non visi- ble sur la figure 6 en perspective) pour permettre la sortie du linge sec, si certaines hottes sont traversées par des tubes à travers lesquels circule le mélange d'air et de vapeur chaud, extrait de l'appareil par ses ventilateurs, avant d'être rejeté à l'extérieur du local, de tels dispositifs n'assurent que de très fai- bles économies d'énergie thermique (de 2 à 5 %). Sur le schéma de la figure 6, une telle hotte (2) a été conservée et sa surface supérieure munie de deux ouvertures (39) pour permettre le recyclage direct et permanent dans la hotte de l'air chaud suffisamment sec rejeté par les échangeurs (6) à travers les conduits (23), (19), les volets (15) (de réglage de débit d'air et ae pression du mélange d'air et de vapeur dans les chambres d'échange des échangeurs), les conduits (40) intérieurs à la hotte, fermés à leurs extrémités mais équipés d'un nombre suffisant de perforations (41) sui- vant leur longueur afin de diffuser et bien répartir au dessus des cylindres de l'appareil la quantité d'air chaud rejeté par les échangeurs équivalente en permanen- ce à celle aspirée par les dits cylindres pour entraîner la vapeur produite par le séchage du linge et renvoyer le mélange d'air et vapeur ainsi formé par les-ventila- teurs d'extraction de chaque cylindre à travers les con- duits (5) jusqu'aux échangeurs (6) qui réchauffent l'eau froide introduite en permanence par le tube (13) dans les étages des spires supérieurs A et inférieurs B des échangeurs (6), les tubes (24a) des échangeurs étant ceux de sortie d'eau à moyenne température, les tubes (24b) ceux de sortie d'eau à haute température, les tubes (33) servant à l'écoulement de l'eau chaude des condensats provenant de la condensation de la vapeur d'eau de séchage du linge, de tels condenseurs permet- - 22 - tant en quasi totalité la récupération de l'énergie thermique fournie à la sécheuse-repasseuse. Ainsi une sécheuse-repasseuse équipée d'une hotte classique, d'échangeurs conformes à l'invention et des moyens suivant l'invention pour conduire l'air chaud re- jeté par les échangeurs directement dans le volume défi- ni par la hotte, a une productivité considérablement élevée par rapport à un appareil équipé d'une simple hotte. En effet, grâce au procédé suivant l'invention, c'est le même air qui est recyclé en permanence dans le circuit ouvert ainsi établi, ce qui entraîne une augmen- tation de la température de cet air à chaque rotation de la masse d'air totale mise en oeuvre en permanence dans de telles installations, jusqu'à une température limite, fonction de la température des cuvettes et des pertes de l'installation par rayonnement. De ce fait, les cylindres de la sécheuse-repasseuse aspirent de l'air non plus frais mais d'une température élevée et cet air amène à l'ensemble de l'appareil d'une part une quantité permanente important d'énergie recy- clée, d'autre part entraîne une élévation importante de la température des cylindres et des cuvettes, soit fina- lement une température différentielle plus élevée entre le linge humide à sécher et repasser et les cuvettes, ces deux facteurs permettant untraitement beaucoup plus rapide du linge et une économie importante d'énergie, de main d'oeuvre et de frais pour une masse de linge donnée à traiter. Il convient de noter que plus la masse d'air mise en oeuvre par masse de linge à traiter sera grande, et plus la productivité de l'appareil sera augmentée à con- sommation d'énergie égale. Enfin et suivant l'invention, la part d'énergie thermique absorbée par l'appareil et non recyclée sur 25939'00 - 23 - celui-ci par l'air recyclé est entièrement convertie en eau tiède ou chaude directement utilisable et en quan- tités largement suffisantes pour assurer le lavage d'une masse de linge équivalente à la masse de linge séchée et repassée, ceci avec un apport négligeable d'énergie com- plémentaire de régulation si besoin est. Sur le schéma en perspective de la figure 6, les tubes (24a) des échangeurs (6) sont les tubes de sortie d'eau tiède produite par les échangeurs, cette eau tiède, en blanchisserie, sera régulée à une température de 40 C et conduite vers un réservoir de stockage et distribution d'eau à 40 C. Les tubes (24b) sont les tubes de sortie d'eau chaude produite par les échangeurs, cette eau chaude, en blanchisserie, sera régulée à une température de 65 à C et conduite vers un réservoir de stockage et de distribution d'eau à haute température. Les tubes (33) sont les tubes d'écoulement des con- densats de l.a vapeur de séchage, soit de l'eau chaude dont le Th = 0, qui peut être utilisée après relevage par une pompe, soit pour l'alimentation en eau chaude d'un générateur de vapeur, soit en complément de l'eau à haute température produite par les échangeurs et rejetée par les tubes (24b). Dans le cas de l'installation d'échangeurs confor- mes à l'invention sur tous les appareils de séchage d'une blanchisserie, il apparaît donc finalement que la seule énergie consommée par l'ensemble d'une telle blan- chisserie sera celle rejetée par les eaux tièdes ou chaudes du matériel de lavage (énergie récupérable par- tiellement par pompe à chaleur) et les pertes par rayon- nement de l'ensemble des installations. - 24 - Enfin, conformément à l'invention et comme exposé précédemment, la figure 6 montre qu'accessoirement le procédé permet: - le chauffage du local par réglage des volets (15), (16) et (17), les volets (18) étant maintenus fer- més, l'air chaud sec s'échappant alors suivant le débit souhaité par les conduits (21); - le maintien en fonction, sans économie d'énergie dans ce cas, de la sécheuse-repasseuse en cas de défail- lance et de mise hors service momentané d'un échangeur par fermeture des volets (15) et lets (16) et (18) et rejet pendant ce temps de l'air chargé de vapeur de la sécheuse-repasseuse à l'extérieur du local par le conduit (22), comme pratiqué actuelle- ment avec ce type de matériel. Il convient en outre de remarquer que, si dans le cas exposé schématiquement ci-avant suivant la figure 6, chaque cylindre, donc chaque ventilateur d'extraction de la sécheuse repasseuse, est équipé d'un échangeur sui- vant l'invention, il est possible, suivant le cas d'équiper un tel appareil en reliant par plusieurs con- duits (5) chaque ventilateur d'extraction à un échangeur unique calculé à cet effet. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à ces exemples de réalisation décrits précédemment mais elle en couvre toutes les variantes réalisées dans le même esprit. Ainsi, l'invention est applicable non seulement dans le cas o le mélange air vapeur est à température éle- vée, mais également si la température de ce mélange n'est que légèrement supérieure de celle du fluide à réchauffer à travers l'échangeur. - 25 - REVENDICATIONS 1/ Procédé permettant de récupérer la totalité de la chaleur (hors pertes par rayonnement) contenue par le mélange d'air et de vapeur, d'une température supérieure à celle d'un fluide secondaire à réchauffer, rejeté par une installation produisant ce mélange d'air chaud et de vapeur, qui consiste à faire passer le dit mélange à l'intérieur d'un échangeur (6), caractérisé par le fait que: - lors de son passage à l'intérieur de l'échangeur, le mélange d'air et de vapeur est maintenu à une pres- sion maximum, supérieure à la pression atmosphérique am- biante, par le moyen du ou des ventilateurs d'extraction des installations, la disposition des organes de la chambre d'échange, au moins un volet de réglage de débit d'échappement de l'échangeur de l'air résiduel; - l'on réinjecte en totalité ou partiellement l'air chaud déshydraté résiduel à travers l'appareil de trai- tement; - le fluide réchauffé sortant de l'échangeur est dirigé sur un ou plusieurs circuits d'utilisation à des températures différentes dans le cas de plusieurs cir- cuits; - l'on provoque l'écoulement lent des condensats de la vapeur du mélange vers la base de l'échangeur, ces condensats pouvant être réutilisés soit du fait de leur nature, soit en raison de la chaleur résiduelle qu'ils contiennent, soit l'une et l'autre de ces caractéristi- ques ensemble. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'air chaud déshydraté est réintroduit soit en totalité, soit partiellement à l'intérieur de l'appareil de traitement assurant à cet appareil une 2593 900 - 26 - augmentation de productivité dans le rapport de la quan- tité de chaleur contenue par cet air chaud recyclé dans l'appareil et celle fournie à l'appareil dans le même temps, la quantité d'air chaud non réintroduite dans l'appareil pouvant être réglée pour assurer le chauffage du local. 3/ Echangeur tubulaire à spires et circulation de fluide à réchauffer pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait: - qu'il comporte une enceinte cylindrique (7) dans laquelle débouche à sa partie inférieure un conduit d'admission (5a) d'air chaud chargé de vapeur et à sa partie supérieure un conduit (23a) de sortie d'air chaud suffisamment débarrassé de vapeur; - une colonne centrale (8) s'étendant sur une hau- teur majoritaire de l'enceinte (7) précitée, cette colon- ne (8), fermée à sa partie supérieure, présentant des perforations (9) et (11) permettant la récupération des condensats par gravité, à travers le tube (33, débou- chant sur l'orifice (33a) pratiqué au fond de l'enceinte (7) à l'intérieur de la colonne (8); - et que l'espace entre l'enceinte (7) et la colon- ne centrale (8) définit une chambre à l'intérieur de la- quelle sont disposés des tubes de circulation d'un flui- de à réchauffer entre lesquels circule l'air chaud chargé de vapeur, la dite chambre et son contenu étant conçus pour maintenir en tous ses points le mélange d'air chaud et de vapeur circulant dans cette chambre à une pression le plus possible constante et supérieure à la pression atmosphérique ambiante. 4/ Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que, pour obtenir un élévation - 27 - de température suffisante du fluide à réchauffer et la condensation maximum de la vapeur entraînée par l'air afin de permettre le recyclage de cet air, il comporte au moins deux circuits de fluide à réchauffer superpo- sés dans la chambre d'échange permettant d'obtenir à leur sortie des températures de fluide réchauffé diffé- rentes, la plus élevée se rapprochant de celle de la va- peur comprimée dans la chambre d'échange. 5/ Echangeur de chaleur selon l'une des revendica- tions 3 et 4, caractérisé par le fait que le maintien sous pression du mélange d'air-et de vapeur à l'inté- rieur de la chambre est obtenu en enroulant le ou les tubes (12) sous la forme de spirales par couches succes- sives parallèles, la surface libre au niveau de chaque couche entre l'enceinte (7), la colonne (8) et le tube formant la spirale de chaque couche étant inférieure à la surface de la section du conduit d'admission (5a). 6/ Echangeur de chaleur selon lHune des revendica- tions 3 à 5, caractérisé par le fait qu'afin d'assurer l'écoulement lent mais continu des condensats à l'inté- rieur de la colonne centrale (8), en dépit de la grande vitesse ascensionnelle du mélange d'air et de vapeur chaud dans la chambre d'échange, les couches de spires tubulaires successives sont inscrites dans un volume conique de plus grand diamètre à la partie supérieure de chaque couche de spires, la spire centrale (10) de chaque couche étant enroulée tangentiellement à la colonne centrale (8) qui présente les perforations (9) immédiatement au dessus de la ligne de tangence définie ci-avant afin de permettre aux condensats,qui descendent lentement par gravité chaque étage de spires jusqu'à la spire centrale (10), de pénétrer dans la colonne cen- trale d'évacuation des condensats (8) par les perfora- - 28 - tions (9), l'angle formé par le cône décrit par chaque couche de spires avec un plan perpendiculaire à la colonne centrale étant déterminé par la vitesse d'écou- lement souhaitée pour les condensats. 7/ Echangeur de chaleur selon l'une des revendica- tions 3 à 6, caractérisé par le fait que pour obtenir un maintien de la surpression sur toute la hauteur de la chambre d'échange, la surface du passage du mélange air vapeur entre chaque étage de spires est légèrement décroissante du bas en haut des étages de spires afin de compenser à chaque étage la perte de volume du mélange d'air et de vapeur par condensation progressive de la vapeur. 8/ Echangeur de chaleur selon l'une des revendica- tions 3 à 7, caractérisé par le fait qu'il comporte, en aval, un conduit de sortie d'air comprenant au moins un volet (15) permettant le réglage éventuel du débit d'air et de la surpression dans du mélange d'air et de vapeur dans l'enceinte du dit échangeur.