Brevet FR2811415A1 — publié le 20020111

Les gaz industriels à rejeter dans l'atmosphère sont souvent des fumées comportant des gaz polluants tels que le SO2, NO2 et CO2 ainsi que des particules de métaux lourds tels que le plomb et le mercure. Il convient donc d'effectuer un filtrage pour en éliminer les produits toxiques évoqués ci-dessus avant de rejeter ces gaz dans l'atmosphère. A cette fin, les gaz industriels traversent un condenseur pour être liquéfiés par refroidissement puis le gaz liquéfié est filtré et recueilli dans une citerne d'o il s'évapore. Un condenseur est constitué d'une enceinte étanche que traverse le gaz industriel pour venir au contact d'un échangeur thermique traversé par un fluide de refroidissement circulant sous l'action d'une pompe d'une installation frigorifique. Le rendement de l'ensemble constitué par le condenseur et l'installation frigorifique dépend en particulier de l'efficacité de l'échange thermique. La présente invention vise à proposer une solution intéressante. A cet effet, l'invention concerne un condenseur pour gaz industriels comportant - une enveloppe étanche avec, à une extrémité, un orifice d'arrivée de gaz à condenser et, à une extrémité opposée, un orifice d'évacuation du gaz condensé et - un circuit de refroidissement du gaz, logé dans l'enveloppe et agencé pour être traversé par un fluide de refroidissement, condenseur caractérisé par le fait que le circuit de refroidissement comporte au moins une chambre de passage du fluide présentant une partie centrale élargie délimitée par deux parois opposées de formes sensiblement tronconiques auxquelles sont raccordées deux tubulures, respectivement d'entrée et de sortie. La chambre présente ainsi au fluide de refroidissement, arrivant par la tubulure d'entrée, une section allant en s'élargissant jusqu'au centre de la 2 2811415 chambre, puis se rétrécissant vers la tubulure de sortie. De ce fait, l'écoulement du fluide est facilité puisque la chambre présente une section supérieure à celle des tubulures et qu'en outre sa section varie progressivement et évite ainsi l'apparition de turbulences. Avantageusement, la chambre est montée sur une canalisation de gaz à refroidir qui traverse axialement la chambre et les parois de la chambre portent des ailettes externes de refroidissement du gaz. La chambre est ainsi en contact thermique avec le gaz par la canalisation qui la traverse et, par ses ailettes, en contact avec un flux de gaz parallèle à celui de la canalisation. Dans cette réalisation particulière, il est avantageux que les ailettes soient disposées selon des cercles concentriques autour de la canalisation et que les extrémités libres des ailettes de chaque paroi soient situées dans un plan radial de la canalisation. Dans tous les cas, il est préférable de prévoir une série de plusieurs chambres disposées selon un même axe. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'une forme de réalisation préférée du condenseur de l'invention, en référence au dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 représente une installation d'épuration de gaz comportant ce condenseur, - la figure 2 est une vue en coupe radiale du condenseur représentant une chambre à ailettes de celuici et - la figure 3 est une vue en coupe axiale de la chambre. L'installation d'épuration de gaz industriel de la figure 1 comporte une cheminée 1 recevant en partie basse (flèche de gauche) le gaz à épurer à laquelle est raccordée une pompe 3 refoulant le gaz vers un orifice d'entrée 51 d'un condenseur 5, à travers une vanne d'arrêt 4. Dans cet exemple, une autre pompe 20 est disposée en parallèle avec la pompe 3 et sa tuyauterie, pour ainsi prélever du gaz dans une partie à hauteur intermédiaire de la cheminée 1. Un orifice 52 de sortie du condenseur 5, situé sur une paroi opposée à celle de l'orifice d'entrée 51, permet l'évacuation du gaz, liquéfié par refroidissement, par une canalisation aboutissant à un réservoir de filtrage 12. Plus précisément, la canalisation ci-dessus débouche dans un filtre 13 constitué de coke de charbon actif, destiné à retenir les impuretés. La partie basse du réservoir 12 est reliée à une canalisation comportant une vanne d'arrêt 15 et une pompe 16 de transfert du gaz liquide à une citerne de décantation 17. Une canalisation de gaz relie la partie haute de la citerne 17 à la partie haute de la cheminée 1, donc à l'atmosphère, à travers une vanne d'arrêt 18 et une pompe 19 de circulation de gaz. Le condenseur 5 comporte une enveloppe externe étanche 59, dans cet exemple, de forme cylindrique avec les deux parois d'extrémité évoquées plus haut, ici de forme selon une portion de sphère. Le condenseur 5 a donc, dans cet exemple, une forme à symétrie axiale et les orifices 51 et 52 sont situés sur l'axe 50 correspondant. Dans l'enveloppe 59 est disposé un circuit 6 de refroidissement ou réfrigération du gaz à purifier ou épurer, traversé par un fluide refroidi par une installation extérieure 7 à 1IA. Le circuit de refroidissement 6 est, à cet effet, monté en série en circuit fermé, à travers un orifice de sortie 54 de la paroi de l'enveloppe 59, avec une canalisation de sortie comportant une vanne d'arrêt 7, une pompe 8 et une vanne d'arrêt aval 9, reliée à un compresseur haute pression 10 pour gaz frigorigène, suivi d'un bloc à serpentin 11 dans lequel le gaz frigorigène, échauffé par la compression, est refroidi pour ainsi évacuer à l'extérieur les calories préalablement prélevées dans le condenseur. Une canalisation aval, avec vanne d'arrêt 11A, alimente le circuit de refroidissement 6 en gaz réfrigérant détendu, donc refroidi, à travers un orifice d'entrée 53 de l'enveloppe 59. Le circuit de refroidissement 6 comporte une chambre 60 traversée par le gaz réfrigérant et en contact thermique avec le gaz industriel à liquéfier ou condenser par refroidissement. 4 2811415 La chambre 60 présente une partie centrale élargie délimitée par deux parois opposées 61, 62 de formes sensiblement tronconiques, ouvertes l'une vers l'autre, auxquelles sont raccordées, dans deux zones périphériques sensiblement opposées, deux tubulures 63, 64, respectivement d'entrée et de sortie du fluide, ici du gaz, réfrigérant. La tubulure d'entrée 63 est reliée à la vanne 11 A et la tubulure de sortie 64 est reliée à la vanne 7, dans cet exemple à travers une série d'autres chambres identiques à la chambre 60. Comme on le conçoit, au moins les parois 61 et 62 sont en un matériau thermiquement bon conducteur et donc par exemple métalliques, en cuivre ou autre. Dans cet exemple de réalisation, la chambre 60 est montée sur une canalisation métallique 70 s'étendant selon l'axe 50 et ouverte en regard des orifices 51 et 52 pour transférer de l'un à l'autre un flux partiel du gaz à purifier. Plus précisément, l'axe commun des troncs de cône des parois opposées 61, 62 de la chambre 60 est confondu avec l'axe 50 du condenseur 5 et la canalisation 70 traverse donc axialement la chambre 60. Dans cet exemple, l'axe 50 est horizontal mais pourrait, dans d'autres exemples, être incliné sur l'horizontale et même vertical. Comme le montrent mieux les figures 2 et 3, les parois 61 et 62 de la chambre 60, à coupe axiale (50) en forme de losange, portent des ailettes externes 65, 66 de refroidissement du flux partiel de gaz issu de l'orifice d'entrée 51 et qui n'a pas été capturé par la canalisation 70. Dans cet exemple, les ailettes 65, 66 sont disposées selon des cercles concentriques autour de l'axe 50 et donc de la canalisation 70. Chacune des chambres comme celle référencée 60 occupe une longueur axiale déterminée le long de la canalisation 70 et s'étend radialement jusqu'à proximité de la paroi cylindrique 59 afin de présenter une surface d'échange thermique maximale et d'empêcher le gaz à liquéfier d'échapper aux ailettes 65, 66 par un écoulement direct le long de cette paroi cylindrique. En outre, les extrémités libres des ailettes 65, 66 de 2811415 chaque paroi 61, 62 sont dans cet exemple situées dans un plan radial de la canalisation 70, et donc du condenseur 5. Le volume disponible pour chaque chambre comme 60 dans l'enveloppe 59 est ainsi utilisé au maximum car les ailettes 65, 66 qui sont situées le plus loin de l'axe 50, dans la zone périphérique des parois 61, 62, ont une longueur axiale maximale puisque les parois tronconiques 61, 62 de la chambre 60 qui les portent sont alors relativement proches l'une de l'autre. Comme indiqué plus haut, il a été prévu une série de plusieurs chambres comme celle référencée 60, la tubulure de sortie 64 de la chambre 60, ici amont, étant reliée à un orifice d'entrée, en regard, de la chambre suivante. Comme le montre la figure 1, l'ensemble des chambres ci- dessus forme une sorte de serpentin avec les tuyauteries qui les relient. Le fonctionnement général de l'installation représentée ne nécessite pas d'explication complémentaire. En ce qui concerne le condenseur 5, les diverses flèches de la figure 1 représentent des trajets de flux partiels du gaz à liquéfier, traversant la canalisation centrale 70 ou bien y échappant et venant au contact des diverses ailettes 65, 66. La canalisation 70 est en contact thermique étroit avec les parois 61, 62 des chambres, si bien que le flux partiel de gaz la traversant est refroidi par cette canalisation. L'orifice de sortie 52, en regard de l'extrémité correspondante de la canalisation 70, recueille le flux partiel de celle-ci ainsi que le flux partiel qui s'est répandu dans le condenseur 5 pour aller au contact des ailettes 55, 56. Les gaz toxiques sont ainsi liquéfiés, par exemple entre -30 et -50 C, et entraînés, avec les particules toxiques, et l'air ou autre gaz non toxique éventuellement resté à l'état gazeux, jusqu'au filtre 13 qui les retient. Comme évoqué plus haut, le condenseur 5 peut en variante être disposé ou conçu autrement, pour que l'orifice de sortie du gaz liquéfié soit en partie basse, afin que le gaz liquéfié soit évacué par gravité. Il peut aussi être prévu une pompe d'évacuation du gaz liquéfié. 6 2811415 REVENDICATIONS 1.- Condenseur pour gaz industriels comportant - une enveloppe étanche (59) avec, à une extrémité, un orifice (51) d'arrivée de gaz à condenser et, à une extrémité opposée, un orifice (52) d'évacuation du gaz condensé et - un circuit (6) de refroidissement du gaz, logé dans l'enveloppe (59) et agencé pour être traversé par un fluide de refroidissement, condenseur caractérisé par le fait que le circuit de refroidissement (6) comporte au moins une chambre (60) de passage du fluide présentant une partie centrale élargie délimitée par deux parois opposées (61, 62) de formes sensiblement tronconiques auxquelles sont raccordées deux tubulures, respectivement d'entrée et de sortie (63, 64). 2.- Condenseur selon la revendication 1, dans lequel la chambre (60) est montée sur une canalisation (70) de gaz à condenser. 3.- Condenseur selon la revendication 2, dans lequel la canalisation (70) traverse axialement la chambre (60). 4.- Condenseur selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les parois de la chambre (60) portent des ailettes externes (65, 66) de refroidissement du gaz. 5.- Condenseur selon les revendications 3 et 4, dans lequel les ailettes (65, 66) sont disposées selon des cercles concentriques autour de la canalisation (70). 6.- Condenseur selon la revendication 5, dans lequel les extrémités libres des ailettes (65, 66) de chaque paroi (61, 62) sont situées dans un plan radial de la canalisation (70). 7.- Condenseur selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel il est prévu une série de plusieurs chambres (60) disposées selon un même axe (50).