Brevet FR2654814A1 — publié le 19910524

La présente invention a pour objet un échangeur de chaleur liquide-gaz. Les échangeurs de chaleur liquide-gaz ont une efficacité limitée par la surface d'échange entre le gaz à réchauffer (ou refroidir) et le fluide calo ou frigo porteur. L'augmentation de cette surface d'échange est généralement possible, mais au prix d'une augmentation de la taille de l'échangeur (donc de son prix), ainsi que de la perte de charge sur les deux fluides. La présente invention permet de réaliser l'équivalent d'un accroissement de la surface d'échange, tout en conservant, compte tenu de ses performances, une taille relativement petite à l'échangeur. Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu avec un échangeur de chaleur liquide-gaz, caractérisé en ce que les gaz suivent une trajectoire cyclonique entre deux nappes externe et interne de fluide calo ou frigo porteur. Avantageusement, l'échangeur comportera entre les nappes externe et interne au moins une nappe intermédiaire enroulée à contre-courant dans l'espace entre lesdites nappes externe et interne. L'efficacité du transfert de chaleur entre le liquide circulant dans les nappes et le gaz en est fortement accru, et l'échangeur ainsi constitué est en fait équivalent à un échangeur plan de surface très supérieure à la seule surface métrique de contact de par le fait qui un élément de surface se trouve "léché" plusieurs fois par un même filet de gaz. On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description faite ci-après d'un mode de mise en oeuvre donné à titre d'exemple non limitatif, en référence à la figure unique annexée qui est une vue schématique en coupe d'un échangeur conforme à l'invention. L'invention consiste en un système de circulation des fluides se traduisant par une augmentation de la surface d'échange donc du même coup de l'efficacité de l'échangeur. Le gaz circule dans une enveloppe à entrée tangentielle t4) et sortie radiale t5), suivant une trajectoire cyclonique fortement turbulente. Le fluide calo frigo porteur circule quant à lui à contre-courant suivant plusieurs "nappes" : une nappe latérale extérieure t surface latérale externe), une nappe latérale intérieure t2) (surface latérale interne de l'enveloppe) (6) et une ou plusieurs nappes intermédiaires (3) enroulées à contre-courant dans l'espace annulaire (7) et servant en même temps de guide au gaz. Suivant l'invention, la trajectoire particulière du gaz dans l'enveloppe í6) entraine la génération d'une surface d'échange équivalente beaucoup plus grande que la seule surface de contact, la forte turbulence du gaz conduisant à un chevauchement partiel des filets de courant. Les condensats peuvent être éliminés en partie basse t8). L'échangeur gaz liquide décrit, peut fonctionner aussi bien pour le transfert de chaleur d'un fluide caloporteur (exemple vapeur) vers un gaz à réchauffer, que pour le transfert de froid d'un fluide frigorigène dont les nappes constituent l'évaporation vers un gaz à refroidir. Il peut être utilisé dans une gamme considérable d'applications qui seront schématiquement classées et répertoriées ci-après, de manière non limitative. L'échangeur permet toutes combinaisons utilisant les nappes, soit comme condenseur, soit comme évaporateur d'une machine thermique. 1. Système utilisant le froid directement - armoire de surgélation, congélation - tunnel de congélation - chambre froide (évite le givrage) - chariot pour crème glacée 2. Piégeage de vapeurs de cuisine - hottes (évite l'encrassement des cheminées ; plus besoin de filtres) - grill (adapté sur grill ou barbecue) - tout appareil de cuisson - conditionnement d'air 3. Déshydratation (avec ou sans réchauffage) - buanderie : sécheuse, repasseuse de linge, blanchisseuse industrielle - déshumidificateur - déshydrateur : déshydratation de surface (imprimerie, tolerie...) - épurateur d'air - lyophilisation 4.Piégeage de solvants (avec recyclage souvent possible) - machine d'imprimerie - révélateur - laboratoires - toute industrie chimique De manière plus générale, les domaines et applications de l'invention sont très vastes, et concernent en particulier tous les cas où un transfert de calories ou frigories doit être opéré sur un gaz dans un espace limité donc avec une forte concentration de puissance et/ou des débits élevés, par exemple - en climatisation chaude ou froide - en maîtrise de la composition d'un gaz lorsque un ou plusieurs constituants de la phase gazeuse peut faire l'objet dans le domaine de température d'un changement d'état comme par exemple ; sublimation, condensation, vaporisation - en contrôle de l'humidité relative de l'air, par exemple en climatisation, en épuration des rejets en cheminée ou hotte, ou atmosphère... - surgélation - en particulier l'invention permet de réaliser un séchage à froid ou à température ambiante en ne jouant que sur l'humidité relative de l'air de process. Les applications de l'invention sont donc nombreuses dans tous les cas où une élévation de température de l'air de séchage est préjudiciable à la qualité finale du produit, comme pour certaines denrées alimentaires fragiles, par exemple - le contrôle et l'épuration des effluents de cuisson en cuisine et grande cuisine par le piégeage par condensation de la vapeur d'eau et des produits dégradés volatils entrainés : hotte, cheminées, appareils de cuisson autonomes - en épuration de gaz effluents chargés en vapeurs toxiques ou nocives condensables comme par exemple la mise au norme antipollution du gaz rejetés en atmosphère - en abaissement immédiat des températures d'effluent gazeux fortement explosif - en déshydratation immédiate de surface (exemple : attaque de solvant sur polymères d'imprimerie ou autre). REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur liquide-gaz, caractérisé en ce que les gaz suivent une trajectoire cyclonique entre deux nappes externes (1) et interne (2) de fluide calo ou frigo porteur. 2. Echangeur de chaleur liquide-gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz circule dans une enveloppe t6) à entrée tangentielle (4) et sortie radiale (5), suivant une trajectoire cyclonique fortement turbulente. 3. Echangeur de chaleur liquide-gaz selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que entre les nappes (1) et (2) sont disposées une ou plusieurs nappes intermédiaires (3) enroulées à contre-courant dans l'espace annulaire (7) et servant en même temps de guide au gaz. 4. Echangeur de chaleur liquide-gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les condensats sont évacués en partie basse (8).