Brevet FR2958735A1 — publié le 20111014

ECHANGEUR PERFECTIONNE AIR/LIQUIDE ET INSTALLATION CONTENANT LEDIT ECHANGEUR POUR LA RECUPERATION DE L'ENERGIE CONTENUE DANS DE L'AIR VICIE, EN PARTICULIER CELUI EXTRAIT DES CUISINES PROFESSIONNELLES L'invention a pour objet un échangeur air/liquide perfectionné permettant la récupération de l'énergie contenue dans l'air vicié, en particulier celui extrait des cuisines professionnelles, sans pour autant que ce soit limitatif. Elle a dans ce cas également l'avantage d'assurer la dépollution des fumées, en termes d'odeur et de contenu en graisse. L'invention s'applique plus généralement à tous les domaines dans lesquels de l'air chaud vicié est généré. A titre d'exemple, on peut citer les machines outils utilisées dans l'industrie générant des fumées ou de l'air chargé en huile. On peut également citer les laveuses industrielles rejetant de l'air chaud humide. Plus largement, dans la suite de la description, par « air vicié », on désigne de l'air chaud humide contenant ou non des agents polluants du type graisse, huile, COV (composés organiques volatiles) et/ou particules en suspension de toute sorte. Dans la suite de la description, l'invention est plus particulièrement décrite en relation avec le domaine des cuisines professionnelles. De nombreuses solutions sont actuellement proposées pour le traitement des fumées de cuisine professionnelles chargées en graisse. La plus simple et la plus ancienne consiste à filtrer l'air au travers d'un filtre à choc avec charbon actif agencé dans la hotte d'extraction. Cette solution n'est pas satisfaisante dans la mesure où le filtre est rapidement saturé. Il faut alors procéder à son nettoyage, ou de manière plus radicale, à son changement. En outre, aucun recyclage de l'air n'est autorisé et il n'y a aucune récupération de calories possible. La demande FR0958184 décrit une installation associant un dispositif de captage d'air vicié, un premier échangeur tubulaire air/liquide comprimé basse pression, un second échangeur assurant le transfert de calories à un fluide caloporteur circulant dans un dispositif de chauffage tel que ballon d'eau chaude, plancher chauffant etc.. L'installation donne des résultats satisfaisants en termes de récupération de calories. Toutefois, on observe que la totalité du volume d'air extrait n'est pas toujours en contact avec l'échangeur tubulaire, ce qui peut limiter le rendement de l'installation. En d'autres termes, le problème que se propose de résoudre l'invention est de mettre au point une installation permettant de récupérer des calories à partir de l'air vicié extrait, en particulier dans les cuisines professionnelles, dont le rendement soit optimal. 10 Pour ce faire, le Demandeur a mis au point un évaporateur tubulaire du type air/liquide perfectionné apte à assurer une captation et un piégeage efficace des graisses, les calories récupérées étant réutilisées pour le chauffage par exemple d'un ballon d'eau chaude sanitaire ou d'air. 15 Pour l'essentiel, l'invention consiste à avoir positionné un déflecteur en partie haute de l'échangeur, permettant d'éviter la fuite d'air non traité directement par la sortie radiale dudit échangeur. En d'autres termes, l'invention a avant tout pour objet un échangeur air/liquide se 20 présentant sous la forme d'une cuve cylindrique renfermant un échangeur tubulaire proprement dit se présentant sous la forme d'au moins un serpentin agencé à proximité de la paroi de la cuve, la cuve étant munie d'une entrée tangentielle de l'air située en partie basse et d'une sortie radiale de l'air traité, située en partie haute, l'échangeur étant connecté à ses deux extrémités à un circuit de fluide caloporteur circulant de l'extrémité 25 supérieure à l'extrémité inférieure. L'échangeur se caractérise en ce que la cuve est en outre munie d'un déflecteur situé en partie haute, en regard de la sortie radiale. 30 Selon une première caractéristique, la sortie radiale et le déflecteur ont une forme identique, avantageusement une forme cylindrique, ce qui permet de coopérer plus facilement avec le ventilateur d'extraction tel qu'il sera décrit par la suite. Pour permettre un traitement de la totalité du volume d'ait extrait, la surface du 35 déflecteur est sensiblement égale à celle de la sortie radiale. Une telle construction5 permet de traiter la totalité du volume d'air à une vitesse optimale, attendu que le déflecteur ne freine pas le flux d'air verticalement au-delà de la surface de la sortie radiale. Avantageusement, le déflecteur est situé à une distance comprise entre 190 mm et 250 mm du plan horizontal contenant l'extrémité supérieure de l'échangeur tubulaire. En fonction du volume d'air à traiter, en pratique entre 500 et 15 000 m3/h, l'échangeur contient entre 1 et 6 serpentins positionnés côte à côte. Selon une autre caractéristique, le déflecteur se présente sous la forme d'un disque rendu solidaire de la paroi du cylindre de l'échangeur par le biais de tiges, avantageusement au nombre de 4, montées horizontalement entre ladite paroi et la périphérie du déflecteur. Dans un mode de réalisation perfectionné, les tiges horizontales sont rendues solidaires de tiges verticales conformées pour assurer le maintien vertical et latéral des serpentins. Selon une autre caractéristique, l'échangeur présente, à son point bas, un moyen 20 d'évacuation des condensats. Enfin, l'échangeur est avantageusement équipé d'une buse positionnée au niveau de l'entrée tangentielle de l'air, permettant d'assurer le dégraissage des serpentins localisés en regard de l'ouverture. 25 L'invention a également pour objet une installation pour la récupération de l'énergie contenue dans l'air vicié, en particulier celui extrait des cuisines professionnelles comprenant successivement : - un dispositif de captage de l'air vicié, 30 - un échangeur air/liquide, - un ventilateur d'extraction de l'air vicié. L'installation se caractérise en ce que l'échangeur correspond à l'échangeur ci-avant décrit et en ce que le dispositif de captage est raccordé à l'entrée tangentielle de l'air 15 située en partie basse de l'échangeur, tandis que le ventilateur d'extraction est raccordé sur la sortie radiale de l'air traité, située en partie haute de l'échangeur. En pratique, le dispositif de captage de l'air vicié se présente sous la forme d'une hotte. De même, le ventilateur d'extraction se présente sous la forme d'une tourelle ou d'un caisson. Le fluide circulant dans l'échangeur tubulaire est avantageusement de l'eau destinée à 10 alimentée un ballon d'eau chaude ou une batterie de préchauffage d'air. En fonctionnement, la force centrifuge exercée sur l'air humide chargé en graisse circulant selon un mouvement ascendant dans le cylindre, entre la paroi et le serpentin, permet de séparer les particules solides, en l'espèce les graisses. Les particules sont 15 alors récupérées sur la paroi du cylindre par écoulement de l'eau formée à l'issue du phénomène de condensation. Ce système permet ainsi d'éliminer les odeurs ainsi que les graisses. L'appareil permet également de déshumidifier l'air. Ce système permet ainsi de récupérer les calories se trouvant dans l'air extrait (tant en chaleur sensible qu'en chaleur latente). 20 L'invention et les avantages qui en découlent ressortiront bien des exemples de réalisation suivants, à l'appui des figures annexées. La figure 1 est une représentation schématique de l'échangeur selon l'invention. 25 La figure 2 est une représentation schématique d'une installation objet de l'invention selon un premier mode de réalisation. La figure 3 est une représentation schématique d'une installation objet de l'invention selon un second mode de réalisation. 30 Sur la figure 1 est représentée une vue schématique de l'échangeur selon l'invention. Comme le montre cette figure, cet échangeur (1) est constitué d'une cuve cylindrique (2) à l'intérieur de laquelle sont agencés six serpentins tubulaires concentriques (3) disposés de manière contigüe, à proximité de la paroi interne du cylindre (2). Chacun des 35 serpentins est connecté à son extrémité supérieure et à son extrémité inférieur à un5 collecteur (4,5). Le collecteur supérieur (4) assure l'alimentation de l'échangeur en fluide caloporteur, en l'espèce de l'eau, tandis que le collecteur inférieur (5) assure la sortie de l'eau réchauffée au contact de l'air à traiter. Cet échangeur est en outre muni, au niveau de sa partie basse, d'une entrée d'air (6) et à sa partie supérieure radiale, d'une sortie (7) de l'air traité. Il est par ailleurs équipé d'une buse de lavage (8) des serpentins (3), située au niveau de l'entrée d'air (6). L'échangeur est en outre muni à son point le plus bas d'un moyen d'écoulement des condensats n'apparaissant pas sur la figure. Selon l'invention, l'échangeur est en outre muni d'un déflecteur se présentant sous la forme d'un disque (9) positionné en regard de l'ouverture (7) et de même surface. Le déflecteur est agencé environ 20 cm au dessus du plan horizontal contenant le collecteur (4) et maintenu par le biais de 4 tiges (10) rendues solidaires de la paroi du cylindre (2). Chaque tige (10) sert également de point d'attache à des tiges verticales (13) venant enserrer chaque tour du tube constitutif des serpentins de manière à les maintenir en position. Le nombre de tige verticale est identique au nombre de serpentin, en l'espèce six. Sur les figures 2 et 3, on a représenté schématiquement une installation comprenant l'échangeur de l'invention, l'installation étant destinée au traitement de l'air extrait des cuisines professionnelles Cette installation comprend une cuisinière (12), une hotte (13), l'échangeur (1), ainsi qu'une tourelle d'extraction (14). L'installation représentée sur la figure 2 fonctionne en boucle fermée, l'eau circulant 25 dans les serpentins de haut en bas alimentant une batterie de préchauffage (15) d'air neuf (16). L'air préchauffé par l'échangeur est ensuite chauffée par une batterie de chauffage (17). L'installation représentée sur la figure 2 fonctionne en boucle ouverte, l'eau circulant 30 dans les serpentins de haut en bas alimentant un ballon d'eau chaude non représenté. Dans l'échangeur, le mouvement de l'air se fait à contre-courant de l'écoulement de l'eau entre les extrémités supérieures des serpentins et les extrémités inférieures.20 En pratique, l'air chaud chargé en graisse extrait par le dispositif de captage (13) entre dans l'échangeur par l'ouverture (6). La force centrifuge générée grâce à la mise en oeuvre du ventilateur d'extraction (14) permet de séparer les particules solides et les gouttelettes. Les particules sont plaquées sur la paroi (2). La condensation de l'air au contact des serpentins entraîne la formation d'un film d'eau s'écoulant sur la paroi (2) entraînant de fait l'ensemble des particules solides. Les particules sont ainsi évacuées au point bas de l'échangeur. La conformation spécifique de cet échangeur permet donc de condenser de manière efficace les particules solides contenues dans les fumées et en particulier les graisses contenues dans les fumées de cuisine. La condensation permet en outre d'éliminer la majorité des odeurs. Cette efficacité est le résultat du phénomène de condensation intervenant grâce à la combinaison de six serpentins tubulaires agencés de manière concentrique à la périphérie de l'échangeur, du mouvement cyclonique de l'air et du passage à contre-courant de l'eau de haut en bas et de l'air chargé en graisses de bas en haut. L'installation fonctionne ainsi de la manière suivante. L'air chaud chargé en graisses, après passage dans la hotte (13), parvient à l'extrémité inférieure de l'échangeur (1). Cet air chargé en graisses présente en pratique une température comprise entre 20 et 45°C. Cet air, au contact des tubulures en serpentins, dans lequel circule l'eau froide, est dépollué. Plus précisément, les particules solides sont séparées de la partie gazeuse qui vient se condenser au contact des tubulures. Ce contact, avec de l'air chaud, permet de réchauffer l'eau circulant dans les serpentins. L'air traité est ensuite évacué par l'extracteur (14). L'eau réchauffée sert ensuite à alimenter une batterie de préchauffage d'air (figure 2) ou un ballon d'eau chaude (figure 3). En d'autres termes, l'installation de l'invention permet non seulement de dépolluer l'air de toutes les particules qu'il pourrait contenir, et en particulier les graisses, mais également et surtout de récupérer les calories générées, pour le chauffage d'eau ou le préchauffage d'air.30 REVENDICATIONS1/ Echangeur air/liquide (1) se présentant sous la forme d'une cuve cylindrique (2) renfermant un échangeur tubulaire proprement dit se présentant sous la forme d'au moins un serpentin (3) agencé à proximité de la paroi de la cuve, la cuve étant munie d'une entrée tangentielle de l'air (6) située en partie basse et d'une sortie radiale (7) de l'air traité, située en partie haute, l'échangeur étant connecté à ses deux extrémités à un circuit de fluide caloporteur circulant de l'extrémité supérieure (4) à l'extrémité inférieure (5), caractérisé en ce que la cuve (2) est en outre munie d'un déflecteur (9) situé en partie haute, en regard de la sortie radiale (7). 2/ Echangeur (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la sortie radiale (7) et le déflecteur (9) ont une forme identique, avantageusement une forme cylindrique. 3/ Echangeur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface du déflecteur (9) est sensiblement égale à celle de la sortie radiale (7). 4/ Echangeur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le 20 déflecteur (9) est situé à une distance comprise entre 190 mm et 250 mm du plan horizontal contenant l'extrémité supérieure (4) de l'échangeur tubulaire (3). 5/ Echangeur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il contient entre 1 et 6 serpentins (3) positionnés côte à côte. 6/ Echangeur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le déflecteur (9) est rendu solidaire de la paroi du cylindre (2) par le biais de tiges (10) montées horizontalement entre ladite paroi (2) et la périphérie du déflecteur (9). 30 7/ Echangeur (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que les tiges horizontales (10) sont rendues solidaires de tiges verticales (11) assurant le maintien vertical et latéral des serpentins. 8/ Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il 35 présente, à son point bas, un moyen d'évacuation des condensats. 259/ Installation pour la récupération de l'énergie contenue dans l'air vicié, en particulier celui extrait des cuisines professionnelles comprenant successivement : - un dispositif de captage de l'air vicié (13), un échangeur air/liquide (1), un ventilateur d'extraction de l'air vicié (14), caractérisée en ce que l'échangeur (1) correspond à l'échangeur selon l'une des revendications 1 à 8, et en ce que le dispositif de captage (13) est raccordé à l'entrée tangentielle (6) de l'air située en partie basse de l'échangeur tandis que le ventilateur d'extraction (14) est raccordé sur la sortie radiale (7) de l'air traité située en partie haute de l'échangeur. 10/ Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que le fluide est de l'eau destinée à alimenter un ballon d'eau chaude ou une batterie de préchauffage d'air (15).