Brevet FR2703766A1 — publié le 19941014

INSTALLATION PERFECTIONNÉE D'ÉVAPORATION D'EAU PULVÉRISÉE DANS UNE COLONNE PARCOURUE PAR UN FLUX D'AIR METTANT EN OEUVRE L'EFFET VENTURI. La présente invention concerne une installation perfectionnée d'évaporation d'eau pulvérisée dans une chambre parcourue par un flux d'air. On connaît dans l'art antérieur des colonnes de refroidissement d'air humide par chaleur latente de vaporisation. Ces installations sont constituées d'une colonne alimentée à sa base par un flux d'air, lequel est aspiré ou ventilé dans le haut de la colonne par une turbine placé en haut ou en bas de ladite colonne; l'approvisionnement en eau est effectué à la partie supérieure de la colonne, laquelle est munie d'une série de pulvérisateurs d'eau; un séparateur disposé audessus de la zone de pulvérisation évite l'entraînement des gouttelettes d'eau avec l'air évacué hors de la colonne. L'eau pulvérisée en fines gouttelettes ruisselle sur les parois centrales de la colonne et humidifie le flux d'air. L'évaporation d'une partie de l'eau au contact du flux d'air est avantageusement utilisée dans les systèmes frigorifiques à froid humide dans lesquels ce changement d'état s'accompagne du refroidissement de l'air humide par chaleur latente de vaporisation. Ce phénomène est également mis en oeuvre pour refroidir l'eau chaude provenant de dispositifs industriels, tels que les moules d'injection ou les condenseurs de groupe de production frigorifique, et dans lesquels l'air évacué à la partie supérieure de la colonne entraîne la chaleur extraite et la vapeur d'eau d'évaporation. Dans le cas des systèmes frigorifiques mettant en oeuvre le froid humide, il s'agit de favoriser au maximum les échanges air/eau de façon à disposer d'une atmosphère à très forte hygrométrie, idéale pour la conservation des produits alimentaires. Une telle installation de froid humide comprend - un groupe de production frigorifique, situé à proximité de l'installation, il produit le froid nécessaire au système - un bac accumulateur de glace situé à la base de l'installation, il comprend un évaporateur tubulaire du groupe frigorifique permettant l'accumulation de froid par transformation de l'eau en glace et donc le stockage du froid par chaleur latente; - une pompe alimentant le système d'aspersion d'eau; - une colonne de refroidissement d'air humide par chaleur latente de vaporisation comportant a à sa base, une entrée d'air disposée de chaque côté de la colonne, à sa partie centrale, une rampe de pulvérisation de l'eau refroidie à Oo Celsius par la fusion de la glace du bac, et une zone de ruissellement destinée à humidifier uniformément l'air aspiré; a à sa partie supérieure un séparateur de gouttelettes d'eau disposé au dessus de la rampe de pulvérisation, empêchant l'entraînement des gouttelettes dans le flux d'air; - une turbine d'aspiration ou de ventilation d'air, disposée à la partie supérieure de la colonne, si il s'agit d'une turbine d'aspiration, ou à la base de la colonne, si il s'agit d'une turbine de ventilation. Cette installation fonctionne de la façon suivante - un groupe frigorifique, dont la puissance est égale à 50% de la puissance utile génère en permanence l'accumulation de la glace nécessaire à l'évaporateur humide, - l'eau du bac refroidie à 0 Celsius est pompée vers les rampes de pulvérisation situées dans le haut de la colonne, - une partie de cette eau est évaporée dans le flux d'air circulant à contre courant de l'aspersion; l'évaporation de cette eau produit trois effets le refroidissement du mélange air humide par chaleur latente de vaporisation, . la saturation hygrométrique du flux d'air, . le lavage de cet air par entraînement des particules en suspension. Ce type d'installation présente de nombreux avantages par rapport aux dispositifs traditionnels; avec le froid traditionnel (air sec) le refroidissement est réalisé en 24 heures contre 12 heures dans le cas du froid humide. Seules les installations fonctionnant par refroidissement à eau (hydro-cooling) sont plus rapides mais présentent de nombreuses contraintes d'hygiène, de perte de poids, etc... En outre, le coût du froid revient à environ 1 centime par kilo dans le cas du froid humide contre 10 à 20 centimes dans le cas du refroidissement à eau. Dans le cas des systèmes destinés à refroidir l'eau chaude provenant de dispositifs industriels, l'installation comprend - une colonne de refroidissement d'air humide par chaleur latente de vaporisation comportant a à sa base, une entrée d'air disposée de chaque côté de la colonne; à à sa partie centrale une rampe de pulvérisation alimentée par l'eau chaude provenant d'un dispositif industriel, et une zone de ruissellement destinée à humidifier uniformément l'air aspiré; a à sa partie supérieure, un séparateur de gouttelettes d'eau disposé au-dessus de la rampe de pulvérisation, empêchant l'entraînement des gouttelettes dans le flux d'air; - une turbine d'aspiration ou de ventilation d'air, disposée à la partie supérieure de la colonne, s'il s'agit d'une turbine d'aspiration, ou à la base de la colonne, s'il s'agit d'une turbine de ventilation; - un bac de récupération de l'eau refroidie situé à la base de la colonne; - une pompe aspirant l'eau refroidie du bac de récupération, et la réinjectant dans le dispositif industriel pour un nouveau cycle. Afin de favoriser l'évaporation de l'eau et donc la récupération de chaleur, la présente invention concerne une installation dans laquelle la colonne présente, sensiblement au niveau des surfaces de ruissellement, un rétrécissement de façon à utiliser l'effet venturi. Cet agencement des surfaces de ruissellement favorise la dépression formée dans la partie supérieure de la colonne du fait de la compression renforcée formée au niveau du rétrécissement, et ainsi accélère le processus de refroidissement. L'invention a donc pour objet une installation d'évaporation d'eau pulvérisée dans une colonne parcourue par un flux d'air, caractérisé en ce que la colonne présente un rétrécissement, sensiblement au niveau de la zone de ruissellement. De manière avantageuse, la colonne selon l'installation perfectionnée de l'invention comporte - à sa base, une entrée d'air; - à sa partie centrale, au moins une rampe de pulvérisation de l'eau, disposée au dessus du rétrécissement maximal de la colonne, la zone de ruissellement destinée à humidifier uniformément l'air aspiré, étant située entre ladite rampe et ledit rétrécissement; - à sa partie supérieure, un séparateur de gouttelettes d'eau disposé au-dessus de la rampe de pulvérisation; - au moins une turbine d'aspiration ou de ventilation d'air, disposée à la partie supérieure de la colonne, s'il s'agit d'une turbine d'aspiration, ou à la partie inférieure de la colonne, s'il s'agit d'une turbine de ventilation. Selon une première forme de réalisation préférée de l'invention, l'installation comprend - un groupe de production frigorifique situé à proximité de l'installation; - un bac accumulateur de glace situé à la base de l'installation, associé à un évaporateur tubulaire du groupe frigorifique permettant l'accumulation de froid par transformation de l'eau en glace; - une pompe alimentant la rampe de pulvérisation en eau à une température d'environ Oc Celsius. Ce premier mode de réalisation d'une installation selon l'invention, constitue un système frigorifique du type froid humide particulièrement performant, puisqu'elle assure une atmosphère humide saturée (1000 HR) à une température proche de 0 C, et ainsi permet de stopper le développement enzymatique en imitant la fermentation et l'intensité respiratoire. Elle permet de parvenir très rapidement à une réfrigération précoce et rapide et donc une déshydratation irréversible des produits mis au froid. Enfin, cette installation assure le lavage de l'air par entraînement des particules en suspension dans la colonne. Cette installation est peu coûteuse et particulièrement adaptée aux zones de production agricole, aux entrepôts de stockage, aux transports de longue distance. Selon une seconde forme préférée de l'invention, l'installation comprend - une alimentation de la rampe de pulvérisation, en eau chaude provenant par exemple d'un dispositif industriel; - un bac de récupération de l'eau refroidie situé à la base de la colonne; - une pompe aspirant l'eau refroidie du bac de récupération, et la réinjectant dans le dispositif industriel pour un nouveau cycle. Ce second mode de réalisation d'une installation selon l'invention, constitue un système de traitement d'eau chaude adapté à des dispositifs industriels variés, tels que les moules d'injection ou les condenseurs de groupe de production frigorifique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture des exemples qui suivent illustrés par les dessins, dans lesquels la figure 1 représente une installation de froid humide, perfectionnée conformément aux caractéristiques de l'invention; la figure 2 représente une installation de refroidissement d'eau chaude provenant de dispositifs industriels, perfectionnée conformément aux caractéristiques de l'invention. Dans la figue 1, on a représenté une installation constituée - d'un groupe de production frigorifique (4), situé à proximité de l'installation, et produisant le froid nécessaire au système; - d'un bac accumulateur de glace (5) situé à la base de l'installation, associé à un évaporateur tubulaire du groupe frigorifique permettant l'accumulation de froid par transformation de l'eau en glace; - d'un bac (6) d'eau à OOC, relié à une pompe (7) alimentant le dispositif d'aspersion d'eau par un conduit (8); - d'une colonne (1) présentant un rétrécissement (2), et comprenant à sa base, une entrée d'air (3) disposée de chaque côté de la colonne, et une turbine (11) de ventilation d'air; a à sa partie centrale, au-dessus du rétrécissement (2), une rampe de pulvérisation d'eau (9), au-dessous de laquelle se situe la zone de ruissellement (12) destinée à humidifier uniformément l'air aspiré; à sa partie supérieure, un séparateur de gouttelettes d'eau (10), disposé au-dessus de la rampe de pulvérisation (9). La colonne de refroidissement peut présenter des dimensions variables, selon la nature de l'environnement dans lequel est placée l'installation de froid humide perfectionnée conformément à l'invention. Des résultats très satisfaisants ont été obtenus avec une colonne dont le diamètre supérieur et inférieur est de l'ordre de 65% de la hauteur de la colonne, et le diamètre du rétrécissement est de l'ordre de 75% du diamètre supérieur ou inférieur. A titre d'exemple non limitatif, on peut citer une colonne dont la hauteur est de 1 m 70, le diamètre supérieur et inférieur est de 116 cm et le diamètre du rétrécissement est de 84 cm. Le débit d'air peut être modulé au niveau de l'arrivée (3), de façon à ajuster la température de l'eau refroidie recueillie dans le bac (6). Dans le cas de l'exemple de colonne ci-dessus, l'air est pulsé dans la colonne, par la turbine de ventilation (11), à une vitesse de l'ordre de 4 m/s. Cet exemple d'installation selon l'invention permet d'obtenir une humidité relative de l'air sortant de la tour comprise entre 93 et 99 %. Dans la figure 2, on a représenté une installation de refroidissement d'eau chaude provenant de dispositifs industriels, constituée - d'une colonne (1) présentant un rétrécissement (2), et comprenant à sa base une entrée d'air (3) disposée de chaque côté de la colonne, et une turbine (11) de ventilation d'air; à sa partie centrale, au-dessus du rétrécissement (2), une rampe de pulvérisation d'eau (9), au-dessous de laquelle se situe la zone de ruissellement (12) destinée à humidifier uniformément l'air aspiré; à sa partie supérieure, un séparateur de gouttelettes d'eau (10) disposé au-dessus de la rampe de pulvérisation (9); - un conduit d'alimentation (8) de la rampe de pulvérisation, amenant l'eau chaude provenant d'un dispositif industriel; - un bac (6) de récupération de l'eau refroidie situé à la base de la colonne (1); - une pompe (7) aspirant l'eau refroidie du bac (6), et la réinjectant par le conduit (13) dans le dispositif industriel pour un nouveau cycle. Les dimensions de la colonne sont identiques à celles indiquées dans l'exemple précédent se rapportant à la figure 1. Cet exemple d'installation est particulièrement adapté au refroidissement d'eau chaude provenant de dispositifs industriels variés tels que les moules d'injection ou les condenseurs de groupe de production frigorifique. REVENDICATIONS 1) Installation d'évaporation d'eau pulvérisée dans une colonne parcourue par un flux d'air, caractérisé en ce que la colonne (1) présente un rétrécissement (2) sensiblement au niveau de la zone de ruissellement (12). 2) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la colonne comporte - à sa base, une entrée d'air (3); - à sa partie centrale, au moins une rampe de pulvérisation d'eau (9), disposée au dessus du rétrécissement maximal de la colonne, la zone de ruissellement (12) étant située entre ladite rampe (9) et ledit rétrécissement (2); - à sa partie supérieure, un séparateur de gouttelettes d'eau (10), disposé au-dessus de ladite rampe de pulvérisation (9); - au moins une turbine (11) d'aspiration ou de ventilation d'air, disposée à la partie supérieure de la colonne, s'il s'agit d'une turbine d'aspiration, ou à la partie inférieure de la colonne, s'il s'agit d'une turbine de ventilation. 3) Installation selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisée en ce qu'elle comprend - un groupe de production frigorifique (4) situé à proximité de l'installation; - un bac accumulateur de glace (5) situé à la base de l'installation, associé à un évaporateur tubulaire du groupe frigorifique permettant l'accumulation de froid par transformation de l'eau en glace; - une pompe (7) alimentant la rampe de pulvérisation (9) en eau à une température d'environ Oc Celsius. 4) Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle est constituée - d'un groupe de production frigorifique (4), situé à proximité de l'installation; - d'un bac accumulateur de glace (5) situé à la base de l'installation, associé à un évaporateur tubulaire du groupe frigorifique permettant l'accumulation de froid par transformation de l'eau en glace; - d'un bac (6) d'eau à OOC relié à une pompe (7) alimentant le dispositif d'aspersion d'eau par un conduit (8); - d'une colonne (1) présentant un rétrécissement (2), et comprenant à sa base une entrée d'air (3) disposée de chaque côté de la colonne, et une turbine (11) de ventilation pulsant l'air dans ladite colonne; à sa partie centrale, au-dessus du rétrécissement (2), une rampe de pulvérisation d'eau (9), au-dessous de laquelle se situe la zone de ruissellement (12) destinée à humidifier uniformément l'air aspiré; a à sa partie supérieure, un séparateur de gouttelettes d'eau (10) disposé au-dessus de ladite rampe de pulvérisation (9). 5) Installation selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisée en ce qu'elle comprend - une alimentation (8) de la rampe de pulvérisation (9), en eau chaude; - un bac de récupération (6) de l'eau refroidie situé à la base de la colonne (1); - une pompe (7) aspirant l'eau refroidie du bac de récupération (6). 6) Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle est constituée - d'une colonne (1) présentant un rétrécissement (2), et comprenant à sa base une entrée d'air (3), disposée de chaque côté de la colonne, et une turbine (11) de ventilation pulsant l'air dans la colonne; à sa partie centrale, au-dessus du rétrécissement (2), une rampe de pulvérisation d'eau (9), au-dessous de laquelle se situe la zone de ruissellement (12) destinée à humidifier uniformément l'air aspiré; à sa partie supérieure, un séparateur de gouttelettes d'eau (10), disposé au-dessus de la rampe de pulvérisation (9); - un conduit d'alimentation (8) de la rampe de pulvérisation, amenant l'eau chaude d'un dispositif industriel annexe; - un bac (6) de récupération de l'eau refroidie, situé à la base de la colonne (1); - une pompe (7) aspirant l'eau refroidie du bac (6), et la réinjectant par le conduit (13), dans un dispositif industriel annexe pour un nouveau cycle. 7) Installation selon l'une des revendications 4 et 6, caractérisée en ce que le diamètre supérieur et inférieur de la colonne est de l'ordre de 65% de la hauteur de ladite colonne, et le diamètre du rétrécissement est de l'ordre de 75% du diamètre supérieur ou inférieur. 8) Installation selon l'une quelconque des revendications 4, 6 et 7, caractérisée en ce que la turbine (11) de ventilation pulse l'air dans la colonne à une vitesse de 4 m/s.