Brevet FR3032522A1 — publié le 20160812

SYSTÈME D'ÉCHANGE THERMIQUE Domaine technique La présente invention se rapporte à un système d'échange thermique entre un liquide et un flux d'air. L'invention trouve une application avantageuse dans la réalisation d'un système d'échange thermique agencé pour réchauffer ou refroidir un fluide caloporteur au moyen d'un flux d'air, provenant de l'extérieur par exemple. Une autre application avantageuse réside dans la réalisation d'un système d'échange thermique agencé pour refroidir ou réchauffer de l'air circulant en circuit fermé dans une enceinte, telle qu'une salle par exemple. Etat de la technique Un système d'échange thermique permet de réaliser un échange thermique entre un liquide, provenant par exemple d'une installation industrielle ou d'un condenseur d'une machine frigorifique, avec un flux d'air pour refroidir ou réchauffer ledit liquide. Un système d'échange thermique connu comprend habituellement une enveloppe renfermant un corps d'échange thermique et des moyens de pulvérisation prévus en partie haute pour pulvériser le liquide à l'intérieur de l'enveloppe sur le corps d'échange thermique. Le liquide est ensuite pompé en partie basse du système pour être réinjecté dans le système par les moyens de pulvérisation. Un système d'échange thermique de l'état de la technique comprend également une alimentation en air, permettant de générer à l'intérieur de l'enveloppe un flux d'air provenant de l'extérieur dudit système. Ce flux d'air traverse le corps d'échange thermique et échange avec le liquide qui ruisselle sur ledit corps d'échange thermique. Le liquide peut alors être refroidi ou réchauffé en fonction de l'application désirée, et peut également être réutilisé directement, ou peut servir à réchauffer ou refroidir un autre liquide par l'intermédiaire d'un échangeur thermique par exemple. 3032522 2 Dans un système d'échange thermique connu, le corps d'échange thermique se présente habituellement sous la forme d'éléments en plaques, superposés les uns au-dessus des autres de manière à offrir une grande surface de contact pour le liquide et le flux d'air traversant. 5 Lors de la fabrication d'un système d'échange thermique connu, les éléments d'échange thermique en plaques sont généralement introduits dans l'enveloppe par le dessus, de manière à reposer dans l'enveloppe, à mi-hauteur et sur un plan sensiblement horizontal. Ces éléments d'échange thermique en 10 plaques présentent habituellement des parties anguleuses, et sont susceptibles de s'encrasser, de sorte qu'ils doivent être nettoyés régulièrement. Il est également long, fastidieux et difficile de les extraire du système d'échange thermique pour les laver, ou pour les remplacer en cas de dégradation. Dans les systèmes de refroidissement de l'état de la technique, l'accès aux éléments d'échange 15 thermique, pour leur extraction, est difficile. En outre, les systèmes d'échange thermique connus comportent habituellement une enveloppe métallique, qui se corrode dans le temps et qui nécessite un traitement de surface polluant. Ainsi, les systèmes d'échange thermique connus peuvent être améliorés en termes de faisabilité, de facilité et de rapidité de leur maintenance. Description de l'invention L'objet de la présente invention vise par conséquent à pallier les inconvénients de l'art antérieur en proposant un nouveau système d'échange thermique. 30 Les objets assignés à l'invention sont atteints par l'intermédiaire d'un système d'échange thermique entre un liquide et un flux d'air externe audit système, ledit système comprenant : - une enveloppe comportant un fond étanche ; - un corps d'échange thermique logé dans l'enveloppe ; 35 - des moyens de pulvérisation agencés, de préférence en partie haute de l'enveloppe, pour pulvériser le liquide sur le corps d'échange thermique ; 20 25 3032522 3 - un ensemble de circulation du liquide comprenant des moyens aptes à aspirer le liquide accumulé au fond de l'enveloppe pour le renvoyer vers les moyens de pulvérisation pour pulvérisation ; - une alimentation en air agencée, de préférence en dessous du niveau du 5 corps d'échange thermique, pour générer un flux traversant le corps d'échange thermique jusqu'à une évacuation d'air, de préférence supérieure. Selon l'invention, le système d'échange thermique est remarquable en ce que le corps d'échange thermique est constitué par une pluralité d'éléments de 10 garnissage individuels reposant librement en vrac sur un élément de support. D'une manière avantageuse, l'utilisation d'éléments de garnissage individuels en vrac augmente et homogénéise les échanges thermiques au sein du système, et ceux-ci peuvent être facilement introduits ou extraits de l'enveloppe 15 pour des opérations de maintenance. Selon un exemple de mise en oeuvre de l'invention, les éléments de garnissage individuels sont des éléments creux et ajourés, possédant ainsi un ratio surface d'échange thermique/volume élevé, et libérant un passage facilité pour le 20 flux d'air traversant, de sorte que le rendement énergétique du système d'échange thermique est optimal. Selon un autre exemple de mise en oeuvre de l'invention, les éléments de garnissage individuels sont réalisés en matière plastique ce qui leur permet de 25 résister aux produits corrosifs utilisés pour le nettoyage du système d'échange thermique, ainsi que de diminuer le coût de revient dudit système d'échange thermique. Selon un exemple de mise en oeuvre de l'invention, l'enveloppe comporte 30 au moins une trappe latérale d'accès à l'intérieur de l'enveloppe pour le chargement ou le déchargement des éléments de garnissage individuels. Selon un autre exemple de mise en oeuvre de l'invention, le fond est incliné pour diriger le liquide vers les moyens aptes à aspirer ledit fluide, ce qui 35 permet de diminuer la quantité de liquide retenue dans le fond et de diminuer la quantité globale de liquide nécessaire au fonctionnement du système d'échange thermique. 3032522 4 Selon un exemple de mise en oeuvre de l'invention, l'enveloppe du système d'échange thermique est réalisée en matière plastique ce qui lui permet notamment de résister aux produits corrosifs utilisés pour le nettoyage du système d'échange thermique, et de présenter une durée de vie supérieure à celle des 5 systèmes de refroidissement de l'état de la technique. Selon une variante de mise en oeuvre de l'invention, l'enveloppe est fermée sur le dessus par un couvercle comportant un dévésiculeur permettant de limiter l'entraînement des gouttelettes de liquide hors du système d'échange 10 thermique. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention 15 apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, dans lesquels : la figure 1 est une vue en coupe schématique d'un premier mode de réalisation d'un système d'échange thermique selon l'invention, dans lequel 20 la circulation du liquide est représentée par des flèches noires tandis que le flux d'air est représenté par des flèches blanches ; la figure 2 est une vue d'ensemble en perspective du système d'échange thermique de la figure 1 ; la figure 3 est une vue en écorché du système d'échange thermique de la 25 figure 2, dans lequel les éléments de garnissage sont représentés en traits fantômes ; la figure 4 est une vue schématique illustrant en perspective une forme de réalisation d'un élément de garnissage individuel ; la figure 5 est une vue schématique illustrant en perspective une autre forme 30 de réalisation d'un élément de garnissage individuel, et ; la figure 6 est une vue en perspective d'un second mode de réalisation d'un système d'échange thermique selon l'invention, une partie de l'enveloppe étant non représentée pour visualiser les éléments de garnissage. 3032522 5 Mode(s) de réalisation de l'invention Les éléments structurellement et fonctionnellement identiques présents sur plusieurs figures distinctes, sont affectés d'une même référence numérique. 5 L'invention concerne un système d'échange thermique (1) entre un liquide (2) et un flux d'air (3). En référence aux figures 1 à 3, illustrant un premier mode de réalisation 10 du système d'échange thermique (1) prévue pour refroidir un liquide (2), tel qu'un liquide caloporteur par exemple, au moyen d'un flux d'air (3) en boucle sur l'air extérieur. Le flux d'air (3) présente notamment une température inférieure à celle du liquide caloporteur. 15 Le système d'échange thermique (1) comprend une enveloppe (4) cylindrique comportant un fond étanche (5), et une partie au moins partiellement ouverte sur le dessus pour former une évacuation d'air supérieure du flux d'air (3). 20 L'enveloppe (4) est de préférence réalisée en matière plastique de sorte que le prix de revient du système d'échange thermique (1) est relativement faible, et sa durée de vie est augmentée. En effet, la surface du système d'échange thermique (1) n'est pas sujette à la corrosion dans le temps, et ne nécessite aucun traitement de surface polluant. 25 Le système d'échange thermique (1) comprend un corps d'échange thermique (6) logé, de préférence à mi-hauteur, dans l'enveloppe (4). Ledit corps d'échange thermique (6) est constitué par une pluralité d'éléments de garnissage individuels (7) reposant librement en vrac sur un élément de support (8), tel qu'un 30 treillis par exemple. En référence aux figures 4 et 5, ces éléments de garnissage individuels (7) sont de préférence des éléments creux et ajourés, réalisés en matière plastique. 3032522 6 Bien que les éléments de garnissage individuels (7) soient représentés symboliquement sur les figures 1 et 3 par des sphères, il est bien entendu qu'ils peuvent présenter n'importe quelle taille et forme, telles que des formes cylindriques, tronconiques, ou des combinaisons de formes cylindriques et 5 tronconiques, l'essentiel réside dans le fait que ces éléments de garnissage individuels (7) sont disposés en vrac pour être facilement chargés et déchargés, et possèdent un ratio surface d'échange thermique/volume élevé, de sorte que le rendement énergétique du système d'échange thermique est optimal. Le fait que lesdits éléments de garnissage individuels (7) soient creux permet de libérer un 10 passage facilité pour le flux d'air traversant, et améliore davantage le rendement énergétique du système d'échange thermique (1). Un organe de maintien (9) fixé contre les parois internes de l'enveloppe (4) est préférentiellement prévu pour supporter le treillis (8). 15 Le système d'échange thermique (1) comprend également des moyens de pulvérisation (10) agencés, de préférence en partie haute de l'enveloppe (4), pour pulvériser le liquide (2) sur le corps d'échange thermique (6). 20 Ces moyens de pulvérisation (10) comprennent des buses de pulvérisation (11) montées sur des rampes de pulvérisation (12). Ces rampes de pulvérisation (12) sont mutuellement raccordées par des branches de pulvérisation (13) à une conduite (14) faisant partie d'un ensemble de circulation (15) du liquide (2). 25 Les branches de pulvérisation (13) sont préférentiellement démontables et prévues à l'extérieur de l'enveloppe (4) afin de pouvoir démonter facilement les moyens de pulvérisation (10) pour leur maintenance. 30 L'ensemble de circulation (15) du liquide (2) précité comprend une pompe de circulation (16) raccordée à une buse d'aspiration (17). Cette buse d'aspiration (17) est prévue en partie basse de l'enveloppe (4) pour aspirer le liquide (2) accumulé en partie basse de l'enveloppe (4) dans le fond (5) et pour le renvoyer vers les moyens de pulvérisation (10) par l'intermédiaire de la conduite 35 (14) précitée. A cet effet, le fond (5) est préférentiellement incliné vers le bas en direction de la buse d'aspiration (17). 3032522 7 Le système d'échange thermique (1) comprend également une alimentation en air extérieur (18) agencée, de préférence en partie basse de l'enveloppe (4) et en dessous du niveau du corps d'échange thermique (6). Cette alimentation en air (18) génère un flux d'air (3) traversant le corps d'échange 5 thermique (6), de préférence de manière ascendante jusqu'à l'évacuation d'air supérieure, ce qui permet de refroidir le liquide (2) ruisselant sur ledit corps d'échange thermique (6). L'alimentation en air (18) comporte un ventilateur hélicoïdal (19) logé 10 dans une virole (20) débouchant d'un côté vers l'extérieur et de l'autre côté en partie basse de l'enveloppe (4). Le ventilateur hélicoïdal (19) est préférentiellement accessible depuis l'extérieur pour faciliter la maintenance. Avantageusement, l'enveloppe (4) comporte au moins une trappe latérale 15 d'accès (21, 22) à l'intérieur de l'enveloppe pour le chargement et déchargement des éléments de garnissage individuels (7). Selon une forme de réalisation particulière de l'invention, non représentée, la trappe peut présenter la forme d'un tiroir monté coulissant à 20 l'intérieur de l'enveloppe (4) entre une position d'échange thermique dans laquelle le tiroir se trouve à l'intérieur de l'enveloppe (4) et sur le passage du flux d'air (3), et une position de chargement/déchargement dans laquelle le tiroir se trouve à l'extérieur de l'enveloppe (4). Dans cette forme de réalisation, le tiroir joue aussi le rôle d'élément support (8). 25 Selon une autre forme de réalisation illustrée aux figures 1 à 3, l'enveloppe (4) comprend une trappe supérieure (21) de chargement, située en partie haute du corps d'échange thermique (6), et une trappe inférieure (22) de vidange située en partie basse du corps d'échange thermique (6). La trappe 30 supérieure (21) de chargement permet avantageusement d'introduire les éléments de garnissage (7) dans l'enveloppe (4) en les versant simplement en vrac sur le treillis (8), tandis qu'il suffit d'ouvrir la trappe inférieure (22) pour vidanger l'enveloppe (4) des éléments de garnissage (7) qu'elle contient. A cet effet, le treillis (8) est préférentiellement incliné vers le bas en direction de la trappe 35 inférieure (22) de vidange. 3032522 8 Avantageusement, les deux trappes latérales d'accès (21, 22) sont situées du côté opposé à celui de l'alimentation en air (18), de sorte que ladite alimentation en air (18) ne gêne pas les opérations de chargement et de vidange des éléments de garnissage (7). 5 Ainsi, l'avantage du système d'échange thermique selon l'invention est de permettre un chargement et un déchargement aisé des éléments de garnissage individuels (7) pour leur nettoyage, leur remplacement, ou tout simplement la maintenance dudit système d'échange thermique (1). 10 Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'enveloppe (4) est fermée sur le dessus par un couvercle (23) comportant un dévésiculeur (24). Le dévésiculeur (24) est un séparateur de gouttes à parois sèches permettant de limiter l'entraînement de gouttelettes de liquide (2) en dehors du système d'échange thermique (1). 15 Dans le cas où le liquide (2) refroidi est prévu pour refroidir un fluide caloporteur secondaire (2b), le système d'échange thermique (1) peut également comporter un échangeur thermique (25) agencé en aval de la pompe de circulation (16), dans lequel le liquide caloporteur (2) refroidit le fluide caloporteur 20 secondaire (2b). Il est évident que la présente description ne se limite pas aux exemples explicitement décrits, mais comprend également d'autres modes de réalisation et/ou de mise en oeuvre. Ainsi, une caractéristique technique décrite peut être 25 remplacée par une caractéristique technique équivalente sans sortir du cadre de la présente invention. Les systèmes d'échange thermique (1) décrits peuvent aussi bien refroidir ou réchauffer le liquide (2) pulvérisé ou le flux d'air (3) traversant. Par exemple, en référence à la figure 6 illustrant un second mode de 30 réalisation particulier du système d'échange thermique (1), celui-ci est prévu par exemple pour refroidir le flux d'air en circuit fermé dans une enceinte, telle qu'une salle, au moyen du liquide pulvérisé. Le liquide présente notamment une température inférieure à celle du flux d'air. 35 3032522 9 Dans cette forme de réalisation, le système d'échange thermique (1) comprend une enveloppe (4) parallélépipédique comprenant de la même manière que dans le premier mode de réalisation, un fond étanche (5), un corps d'échange thermique (6), des moyens de pulvérisation (non représentés), un ensemble de 5 circulation (15) du liquide, et une alimentation en air (18) pour générer un flux d'air traversant le corps d'échange thermique (6) jusqu'à une évacuation, de préférence supérieure. Ledit corps d'échange thermique (6) est logé, de préférence à mi-hauteur, 10 dans l'enveloppe (4). Ledit corps d'échange thermique (6) est, de la même manière et selon l'invention, constitué par une pluralité d'éléments de garnissage individuels (7) reposant librement en vrac sur un élément de support (8), tel qu'un treillis par exemple. Ces éléments de garnissage individuels (7) sont disposés en vrac pour être facilement chargés et déchargés, et possèdent un ratio surface 15 d'échange thermique/volume élevé, de sorte que le rendement énergétique du système d'échange thermique est optimal. Quelle que soit l'application désirée, le système d'échange thermique (1) peut comprend au moins une batterie d'échange thermique (26) logée par exemple 20 au-dessus du corps d'échange thermique (6) pour réaliser un échange thermique complémentaire avec le flux d'air ou le liquide pulvérisé. Cette batterie d'échange thermique (26) est par exemple représentée sur la figure 6. Enfin, il a été décrit une entrée d'air (18) inférieure générant un flux d'air 25 traversant le corps d'échange thermique (6) de manière ascendante jusqu'à une évacuation supérieure. Bien entendu, le mouvement ascendant du flux d'air n'est pas limitatif En effet, il pourrait être imaginé un flux d'air latéral. L'essentiel réside dans le fait que le liquide est pulvérisé sur le corps d'échange thermique (6), et que le flux d'air traverse ledit corps d'échange thermique (6). D'une 30 manière avantageuse, l'air circule à contre-courant par rapport à la pulvérisation de liquide. REVENDICATIONS1. Système d'échange thermique (1) entre un liquide (2) et un flux d'air (3) externe audit système, ledit système comprenant : - une enveloppe (4) comportant un fond étanche (5) ; - un corps d'échange thermique (6) logé dans l'enveloppe (4) ; - des moyens de pulvérisation (10) agencés pour pulvériser le liquide (2) sur le corps d'échange thermique (6) ; - un ensemble de circulation (15) du liquide (2) comprenant des moyens (14, 16, 17) aptes à aspirer le liquide (2) accumulé au fond de l'enveloppe (4) pour le renvoyer vers les moyens de pulvérisation (10) pour pulvérisation ; - une alimentation en air (18) agencée pour générer un flux d'air (3) traversant le corps d'échange thermique (6) jusqu'à une évacuation d'air ; caractérisé en ce que le corps d'échange thermique (6) est constitué par une pluralité d'éléments de garnissage individuels (7) reposant librement et en vrac sur un élément de support (8). 2. Système d'échange thermique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de garnissage individuels (7) sont des éléments creux et ajourés. 3. Système d'échange thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments de garnissage individuels (7) sont réalisés en matière plastique. 4. Système d'échange thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enveloppe (4) comporte au moins une trappe latérale d'accès (21, 22) à l'intérieur de l'enveloppe pour le chargement ou le déchargement des éléments de garnissage individuels (7). 5. Système d'échange thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fond (5) est incliné pour diriger le fluide caloporteur (2) vers les moyens (14, 16, 17) aptes à aspirer ledit fluide. 3032522 11 6. Système d'échange thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enveloppe (4) est réalisée en matière plastique. 5 7. Système d'échange thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enveloppe (4) est fermée sur le dessus par un couvercle (23) comportant un dévésiculeur (24).