Brevet FR2668252A1 — publié le 19920424

:1 DISPOSITIF D'ECHANGE THERMIQUE GAZ-GAZ. L'invention concerne un échangeur de chaleur air-air et de façon générale gaz-gaz, utilisé notamment pour les séchoirs de carreaux de plâtre. Lorsque l'on désire transmettre la chaleur d'un gaz à un autre gaz que l'on doit réchauffer, au travers d'un échangeur, les surfaces d'échange de chaleur doivent être très importantes sur chacune des deux faces de l'échangeur. On connaît les échangeurs du type tubes à ailettes, essentiellement constitués d'un tube à l'extérieur duquel sont fixées des ailettes Ces dispositifs comportent une surface d'échange extérieure importante (ailettes), mais la surface interne est limitée à celle du tube proprement dit Ce type d'échangeur convient à un échange thermique eau-air et d'une manière plus générale, liquide à l'intérieur du tube et gaz à l'extérieur, car la conductibilité des liquides étant très largement supérieure à celle des gaz, l'échange thermique est équitablement réalisé entre l'extérieur et l'intérieur, par la surface externe importante des ailettes et la surface interne réduite du tube. L'invention a pour but de réaliser un échangeur thermique gaz-gaz amélioré à partir d'un tel tube à ailettes Elle propose en effet un dispositif d'échange thermique de type air-air ou gaz-gaz, notamment pour des séchoirs, fonctionnant avec des tubes à ailettes par lesquelles un premier gaz est refroidi, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un conduit interne longitudinal fixé à l'intérieur du tube à ailettes et à sa partie inférieure, par lequel un second gaz est amené par l'une de ses extrémités débouchant à l'extérieur du tube, ce conduit comportant des ouvertures longitudinales formées sensiblement parallèlement à l'axe du tube et étant fermé à son autre extrémité à l'intérieur du tube, le tube étant rempli partiellement d'un liquide intermédiaire, par exemple de l'eau, jusqu'à un certain niveau délimité par des parois de débordement d'une hauteur déterminée, au moins une aspiration étant formée à une extrémité du tube, opposée à celle correspondant à l'amenée dudit second gaz. Il résulte de cette disposition que ladite aspiration lorsque le tube est maintenu horizontal, crée un courant migratoire du gaz contenu à l'intérieur du conduit et qui le force à traverser le liquide par lesdites ouvertures, transmettre sa chaleur au liquide et à ressortir du tube du c 8 té de l'aspiration. Lesdites ouvertures du conduit peuvent être conformées de façon adéquate pour, tenant compte de la perte de charge en longueur, assurer une distribution homogène du gaz à l'intérieur du liquide Les ouvertures peuvent par exemple consister en au moins une fente longitudinale formée parallèlement à l'axe du tube Si la section du conduit est en U retourné verticalement sur le fond du tube, on peut par exemple avoir deux fentes opposées par rapport au plan médian du tube, formées sensiblement sur la longueur du conduit à l'endroit de la jonction du conduit et du tube. L'homogénéité de la migration du gaz entre le conduit interne et le liquide contenu dans le tube peut être améliorée en disposant une couche de matériau poreux entre le conduit et le tube à l'endroit desdites fentes d'échappement du gaz On évite ainsi en fractionnant l'échappement la formation de grosses bulles de gaz au sein du liquide dont le transfert thermique est plus faible. On peut encore utiliser dans ce but d'accroître la diffusion plusieurs conduits identiques de longueur réduite montés en série et dont la sortie de l'un correspond à l'entrée du suivant, l'aspiration étant réalisée à la sortie du dernier conduit. Naturellement à l'entrée du conduit ou du premier conduit, on peut amener le gaz sous pression. On réalise ainsi un système de transfert thermique gaz-liquide intermédiaire-gaz qui est très compact. L'invention est illustrée ci-après à l'aide d'exemples de réalisation et en référence aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif de transfert thermique selon l'invention; La figure 2 est une coupe transversale de ce dispositif; La figure 3 montre le niveau du liquide en fonctionnement du dispositif; La figure 4 est une coupe transversale d'une variante de réalisation comportant un matériau poreux et La figure 5 est une coupe longitudinale d'une autre variante de réalisation à plusieurs conduits. L'appareil fonctionne pour le transfert thermique d'un gaz à un autre gaz en utilisant un liquide intermédiaire Néanmoins, pour la simplification, les appellations de "air" pour les gaz et de "eau" pour les liquides seront utilisées dans la suite. Comme représenté sur les figures 1 et 2, le dispositif selon l'invention est constitué d'un tube à ailettes externes 1 dans lequel est disposé un canal ou conduit interne ( 6) de section régulière en U inversé, ouvert à sa partie inférieure 7 délimitant deux fentes longitudinales 7 ', opposées par rapport au plan médian du tube, sensiblement à la partie inférieure de celui-ci et séparant l'intérieur du tube en deux chambres A et B Une paroi 3 ferme partiellement la sortie du tube Un embout 4 ferme partiellement le canal 6 et forme l'entrée du gaz dans le canal. Comme représenté à la figure 2 (coupe transversale de la figure 1), le tube contient un liquide jusqu'au niveau Il dans le récipient ainsi réalisé en position horizontale Par pression de l'air côté entrée (flèche entrante) et/ou dépression coté sortie (flèche sortante), le niveau de l'eau s'établit en fonctionnement dans le tube en 2 et 2 ' et à l'extérieur du canal (Figure 3). L'air passe de la chambre A dans la chambre B en traversant le liquide par les fentes intérieures 7 '. L'échange thermique est direct entre l'air et l'eau, laquelle pourra transmettre la grande quantité de chaleur récupérée à la paroi du tube ( 8) et donc aux ailettes externes grâce à son bon coefficient de conductibilité. Le niveau 2 ' étant naturellement horizontal, on comprend que l'ensemble du tube doit être parfaitement horizontal et rectiligne pour ne pas créer sur la longueur du canal ( 6) des zones préférentielles de passage de l'air qui nuieraient au bon échange thermique entre l'air et l'eau, les bulles d'air traversant le liquide étant dans ce cas de tailles importantes et la surface de contact eau-air réduite de ce fait. Pour pallier cet inconvénient et en réduire les effets, on peut utiliser la disposition de la figure 4 selon laquelle il est placé un élément poreux ( 5) dans le tube et à l'extérieur du canal, sensiblement sur sa hauteur, dont les fonctions seront d'établir une perte de charge qui évite la création de passages préférentiels et assure en même temps un fractionnement fin des bulles d'air Le matériau poreux est par exemple une éponge métallique ou une laine de roche La surface d'échange entre l'eau et l'air sera ainsi maximale on peut également dans ce même but de diffusion élevée du gaz au sein du liquide (figure 5), fractionner la longueur du canal ( 6) en deux ou plusieurs tronçons montés en série, la sortie de l'un correspondant à l'entrée du suivant Les niveaux 2 et 2 ' de la figure 5 sont représentés en fonctionnement sous l'action d'une pression d'air coté entrée ou d'une dépression coté sortie Plusieurs passages de l'air au travers de l'eau seront ainsi réalisés assurant un échange thermique maximal. L'évaporation éventuelle du liquide contenu dans le tube pourra être compensée par un apport extérieur Dans le cas d'un air chaud chargé en eau, les condensats feront cet apport, la hauteur de la paroi 3 ou 3 ' réglant le niveau maximal du liquide par débordement naturel. Plusieurs tubes ainsi décrits peuvent également être assemblés en parallèle selon ce même principe La ventilation forcée des ailettes permettra des transferts importants de chaleur sur le gaz ou l'air passant sur les ailettes. REVENDICATIONS 1 Dispositif d'échange thermique de type air-air ou gaz-gaz, notamment pour des séchoirs, fonctionnant avec des tubes à ailettes ( 1) par lesquelles un premier gaz est refroidi, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un conduit interne longitudinal ( 6) fixé à l'intérieur du tube à ailette et à sa partie inférieure, par lequel un second gaz est amené par l'une des ses extrémités débouchant à l'extérieur du tube, ce conduit ( 6) comportant des ouvertures longitudinales ( 7 ') formées sensiblement parallèlement à l'axe du tube et étant fermé à son autre extrémité à l'intérieur du tube, le tube étant rempli partiellement d'un liquide intermédiaire, par exemple de l'eau, jusqu'à un certain niveau délimité par des parois de débordement d'une hauteur déterminée ( 3), au moins une aspiration étant formée à une extrémité du tube, opposée à celle correspondant à l'amenée dudit second gaz. 2 Dispositif d'échange thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites ouvertures ( 7 ') du conduit sont conformées de façon adéquate pour, tenant compte de la perte de charge en longueur, assurer une distribution homogène du gaz à l'intérieur du liquide. 3 Dispositif d'échange thermique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les ouvertures ( 7 ') consistent en au moins une fente longitudinale formée parallèlement à l'axe du tube. 4 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la section du conduit ( 6) est en forme de U renversé verticalement. 5 Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les fentes ( 7 ') sont opposées par rapport au plan médian du tube, par exemple formées sensiblement sur la longueur du conduit à l'endroit de la jonction du conduit et du tube. 6 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une couche de matériau poreux ( 5), par exemple une éponge métallique, est logée entre le conduit et le tube à l'endroit desdites fentes d'échappement du gaz. 7 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs conduits identiques ( 6) de longueur réduite montés en série et dont la sortie de l'un correspond à l'entrée du suivant, l'aspiration étant réalisée à la sortie du dernier conduit. 8 Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le second gaz à l'entrée du conduit ( 6) ou du premier conduit ( 6) est amené sous pression.