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Nouveau réfrigérant d'eau et d'air à adhérence d'eau et autres liquides glissant sur des surfaces verticales et contre-courant vertical d'air.
Un bon réfrigérant d'eau, pour toutes les applica- tions industrielles de l'eau froide, notamment pour le refroi- dissement des liquides et des gaz et pour la condensation des vapeurs, par exemple des machines frigorifiques, pour répondre vraiment à son but, doit être simple, peu volumineux, peu coûteux et de montage et démontage faciles.
Il faut aussi qu'il soit agencé de façon qu'on puisse facilement enlever les dépôts calcaires, ferrugineux et autres qui se forment sur les surfaces d'échange.
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Les réfrigérants d'eau, appelés atmosphériques, sont basés, d'une part sur le refroidissement de l'eau par l'air lui-même, lorsqu'on dispose d'air à.plus basse température que l'eau, et, surtout, sur l'évaporation. partielle de l'eau elle-même.
Cette évaporation se produit même lorsque.il 'air est saturé.
En effet, en contact avec l'eau plus chaude, l'air se réchauffe et se dessèche et acquiert la propriété d'absorber de l'humidité, en évaporant l'eau avec laquelle il est en contact.
L'évaporation est proportionnelle à la surface d'échange air-eau.
Pour avoir une grande surface d'échange, on a eu re- cours à la pulvérisation et au ruissellement de l'eau.
Ce système a l'inconvénient de ne pas permettre de déterminer, avec exactitude, la surface réelle de contact air- eau, puisque cette surface est constamment et essentiellement variable.
En outre, le courant d'air entraîne avec lui des molé- cules d'eau abandonnées à elles-mêmes et il s'en suit que, à la perte d'eau par évaporation, il faut ajouter celle par en- traînement, souvent supérieure à la première.
D'autre part, pour les faibles écarts de température, il faut de grands volumes d'air, se renouvelant en contact avec l'eau à refroidir. Il en résulte qu'on n'arrive pas, ou on arrive mal ou par des moyens compliqués et coûteux, à résoudre le problème avec la ventilation forcée qui augmente l'entraîne- ment d'eau et d'autant plus que la vitesse de l'air augmente dans le but de diminuer les sections de passage.
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Enfin, il faut prolonger le contact d'une masse d'eau déterminée avec l'air produisant le refroidissement.
Dans les tours de réfrigération d'eau, on résout ce problème en augmentant la hauteur de chute de l'eau à refroi- dir et en brisant la chute d'eau sur des lattis de bois, plaques horizontales perforées, branchages, etc. pour diminuer l'accé- lération due à la gravité.
Une solution élégante, pour atteindre ce but, est constituée par l'application des phénomènes de capillarité dont le réfrigérant d'eau VELUT est le prototype.
Dans cet appareil, l'eau ruisselle sur des tubes à ailettes, placées à faible distance entre elles. L'eau est em- prisonnée entre les ailettes, grâce aux phénomènes de capil- larité.
L'eau qui tombe d'en haut ne tombe pas verticalement mais suit tout le trajet et vertical et horizontal des ailettes ou ondulations capillaires.
Ainsi l'eau est obligée de suivre un très long trajet et avec des appareils de 2m,50 de hauteur, on arrive à un contact air-eau qui dure 5 minutes environ.
L'air est insufflé verticalement de bas en haut et un certain contre-courant s'établit entre l'air qui monte et l'eau qui suit un trajet partiellement vertical.
Dans le nouveau réfrigérant conforme à l'invention, on utilise le phénomène de l'adhérence entre l'eau ou autre liquide et un solide, comme cela se fait dans certains types de réfrigérants de liquides à saumure.
En faisant glisser,sur une surface verticale ou ondulée, avec des ondulations non capillaires, de l'eau, celle-ci glisse assez lentement sur la surface du solide, à laquelle elle reste collée grâce au phénomène d'adhérence.
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Plus la surface du solide est rugueuse, plus lente est la descente de l'eau.
A ce point de vue, les dépôts calcaires sur la surface d'adhérence du solide, désastreux pour d'autres types de réfri- gérants d'eau, constitue, dans ce cas, un avantage.
Lorsque les dépôts calcaires - généralement pulvéru- lents - sont abondants, l'eau qui descend entraîne l'excès de ces dépôts calcaires dans le fond de la cuvette collectrice d'eau refroidie.
Le courant d'air vertical de bas en haut peut être à grande vitesse. Loin d'entraîner des molécules d'eau, il colle davantage l'eau à la surface d'adhérence du solide et diminue la vitesse de la chute, tout en créant un contre-courant absolu, complet, qui augmente le coefficient de transmission thermique eau-air.
Au dessin annexé sont représentées à titre d'exemple trois formes de réalisation d'un réfrigérant conforme à l'in- vention.
Fig.l est une coupe verticale; fig. 2 une coupe horizontale suivant II-II de la fig.L et fig.3 une coupe horizontale suivant III-III de la fig.l; fig.4 à 6 sont des vues similaires d'une variante; fig.7 est une coupe verticale et fig.8 une coupe suivant VIII-VIII de la fig.7 d'une troisième forme.
Aux fig. 1 à 3, 1 désigne la carcasse en bois, fer,tôle, éternit, etc., contenant le réfrigérant proprement dit ; sont des plaques en tôle de fer galvanisé, cuivre, aluminium, bois, etc., maintenues verticalement et parallèlement à elles-mêmes, sous faible écartement, dans des rainures des plaques 3 et 4 horizontales. La plaque 3 ferme le réfrigérant par le dessus et la plaque 4 constitue la face supérieure d'une cuvette 5 collec-
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trice de l'eau refroidie, et pourvue d'une sortie 6. Entre ses nervures, la plaque 4 est percée d'ouvertures pour le pas- sage de l'eau. 7 est la cuvette distributrice d'eau à traiter ; située cette cuvette/à la partie supérieure et fermée par la plaque 3, est traversée par les tôles 2 grâce à des fentes 9 pratiquées dans le fond 8, de cette cuvette.
Ces fentes ont une largeur un peu plus forte que l'épaisseur des tôles, de façon que l'eau passe librement dans les interstices et coule sur les deux faces des tôles 2.
L'air ambiant est refoulé par le ventilateur 11, en 10, et, remontant entre les tôles 2, en contre-courant par rap- port à l'eau, sort par 12.
Dans l'exemple des figs. 4 à 6, où les mêms chiffres de référence sont appliqués, les tôles 2 sont remplacées par des tubes 13,ou plus exactement par des rangées de tubes, dont les extrémités sont serties dans les plaques 3 et 4, le fond de la cuvette 7 étant traversé librement par ces tubes, sans contact entre ceux-ci et les trous de passage 14 pratiqués dans le fond.15 désigne dans toutes les formes d'exécution une tôle courbée pour guider vers le haut l'air soufflé par le ven- tilateur.
En pratique, comme indiqué fig.7, la hauteur des plaques 2 ou tubes s'arrête au niveau du ventilateur, l'eau glissant vers la cuvette 5 sur la plaque 15.
Les tubes peuvent être en outre traversés par un li- quide, un gaz ou une vapeur à condenser au moyen de l'eau froide circulant en dehors de ces tubes. Ces tubes peuvent cependant être pleins (barres).
Dans la variante des figs. 7 et 8, les tubes des fig.
4 à 6 sont disposés horizontalement et sont jointifs dans une même rangée ; lasurface d'adhérence pour l'eau est donc, de chaque côté d'une rangée de tubes, une surface sinusoïdale, avec ondulations non capillaires.L'eau glisse par adhérence sur
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la surface des tubes en suivant la sinusoïde; elle est refroidie par l'air soufflé par le ventilateur, tout comme aux exemples précédents, et maintenue en circuit continu de circulation par une pompe 17 qui la reprend de la cuvette inférieure 5 après avoir traverse l'appareil d'utilisation s'il est extérieur au réfrigérant et la ramène à la cuvette distributrice 7 où une quantité réglée d'eau d'apport est amenée en 18 pour compenser les pertes par évaporation et entraînement.
Le fluide à refroidir par cette eau elle-même refroidie par l'air soufflé, entre en 19 et sort en 20 lorsque l'eau froide est utilisée dans le réfrigé- rant lui-même.
Les appareils décrits pourraient évidemment servir comme réfrigérant et conditionneur d'air ; suffit que l'eau ou tout autre liquide soit plus froid, que l'air.
REVENDICATIONS
1) Réfrigérant d'eau et d'air, caractérisé en ce que l'eau glisse, de haut en bas, en adhérant sur des surfaces de solides, planes verticales ou sinusoïdales non capillaires, un contre-courant d'air vertieal étant souffle de bas en haut le long de ces surfaces.
2) Une forme d'exécution du réfrigérant suivant re- vendication 1, dans laquelle les surfaces de glissement et d' sont adhérence de l'eau/constituées par des tôles verticales paral- lèles.
3) Une forme d'exécution du réfrigérant suivant re- vendication 1, dans laquelle les surfaces de glissement et d'adhérence de l'eau sont constituées par des barres pleines ou des tubes verticaux dans lesquelle peuvent circuler des li- quides, gaz et vapeurs à refroidir..
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New water and air cooler with adherence to water and other liquids sliding on vertical surfaces and against vertical air flow.
A good water cooler, for all industrial cold water applications, especially for cooling liquids and gases and for condensing vapors, for example refrigeration machines, to really meet its purpose , must be simple, compact, inexpensive and easy to assemble and disassemble.
It must also be arranged in such a way that it is possible to easily remove the calcareous, ferruginous and other deposits which form on the exchange surfaces.
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Water refrigerants, called atmospheric, are based, on the one hand, on the cooling of the water by the air itself, when air is available at a lower temperature than water, and, above all, on evaporation. partial of the water itself.
This evaporation occurs even when the air is saturated.
In fact, in contact with hotter water, the air heats up and dries up and acquires the property of absorbing humidity, evaporating the water with which it is in contact.
Evaporation is proportional to the air-water exchange surface.
In order to have a large exchange surface, we had recourse to spraying and trickling water.
This system has the drawback of not making it possible to determine, with exactitude, the real air-water contact surface, since this surface is constantly and essentially variable.
In addition, the air current carries with it water molecules left to themselves and it follows that, to the loss of water by evaporation, we must add that by entrainment, often greater than the first.
On the other hand, for small temperature differences, large volumes of air are required, renewing themselves in contact with the water to be cooled. As a result, we do not succeed, or we do not succeed, or by complicated and expensive means, in solving the problem with forced ventilation which increases the entrainment of water and all the more so as the speed of the air increases with the aim of reducing the passage sections.
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Finally, it is necessary to prolong the contact of a determined mass of water with the air producing the cooling.
In water cooling towers, this problem is solved by increasing the drop height of the water to be cooled and by breaking the waterfall on wooden laths, perforated horizontal plates, branches, etc. to decrease acceleration due to gravity.
An elegant solution to achieve this goal is the application of capillarity phenomena of which the VELUT water cooler is the prototype.
In this device, the water runs over finned tubes, placed at a short distance between them. The water is trapped between the fins, thanks to capillary phenomena.
The water that falls from above does not fall vertically but follows the entire path and vertical and horizontal of the fins or capillary waves.
Thus the water is forced to follow a very long path and with devices 2m, 50 high, we arrive at an air-water contact which lasts about 5 minutes.
The air is blown vertically from bottom to top and a certain counter-current is established between the air which rises and the water which follows a partially vertical path.
In the new refrigerant according to the invention, the phenomenon of adhesion between water or other liquid and a solid is used, as is done in certain types of brine liquid refrigerants.
By making water slide on a vertical or corrugated surface, with non-capillary undulations, it slides rather slowly on the surface of the solid, to which it remains stuck thanks to the phenomenon of adhesion.
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The rougher the surface of the solid, the slower the descent of the water.
From this point of view, the calcareous deposits on the adhesion surface of the solid, disastrous for other types of water coolants, constitutes, in this case, an advantage.
When lime deposits - generally powdery - are abundant, the water which descends carries the excess of these lime deposits into the bottom of the cooled water collection basin.
The vertical air stream from bottom to top can be at high speed. Far from entraining water molecules, it sticks water more to the solid's adhesion surface and reduces the speed of the fall, while creating an absolute, complete counter-current, which increases the coefficient of thermal transmission water-air.
In the accompanying drawing are shown by way of example three embodiments of a coolant according to the invention.
Fig.l is a vertical section; fig. 2 a horizontal section along II-II of fig.L and fig.3 a horizontal section along III-III of fig.l; fig.4 to 6 are similar views of a variant; fig.7 is a vertical section and fig.8 a section along VIII-VIII of fig.7 of a third form.
In fig. 1 to 3, 1 designates the carcass of wood, iron, sheet metal, eternity, etc., containing the refrigerant proper; are plates made of galvanized sheet iron, copper, aluminum, wood, etc., maintained vertically and parallel to themselves, under small spacing, in grooves of the plates 3 and 4 horizontal. The plate 3 closes the condenser from above and the plate 4 constitutes the upper face of a cuvette 5 collecting
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water cooled, and provided with an outlet 6. Between its ribs, the plate 4 is pierced with openings for the passage of water. 7 is the water distribution bowl to be treated; located this bowl / at the upper part and closed by the plate 3, is crossed by the sheets 2 through slots 9 made in the bottom 8 of this bowl.
These slots have a width a little greater than the thickness of the sheets, so that the water passes freely in the interstices and flows on the two faces of the sheets 2.
The ambient air is discharged by the fan 11, at 10, and, rising between the sheets 2, in counter-current with respect to the water, exits at 12.
In the example of figs. 4 to 6, where the same reference figures are applied, the sheets 2 are replaced by tubes 13, or more exactly by rows of tubes, the ends of which are crimped in the plates 3 and 4, the bottom of the bowl 7 being traversed freely by these tubes, without contact between them and the passage holes 14 made in the bottom. 15 designates in all embodiments a curved sheet to guide upwards the air blown by the fan .
In practice, as shown in fig. 7, the height of the plates 2 or tubes stops at the level of the fan, the water sliding towards the bowl 5 on the plate 15.
The tubes may also be crossed by a liquid, a gas or a vapor to be condensed by means of the cold water circulating outside these tubes. However, these tubes can be solid (bars).
In the variant of figs. 7 and 8, the tubes of fig.
4 to 6 are arranged horizontally and are contiguous in the same row; the adhesion surface for water is therefore, on each side of a row of tubes, a sinusoidal surface, with non-capillary undulations. The water slides by adhesion on
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the surface of the tubes following the sinusoid; it is cooled by the air blown by the fan, just as in the previous examples, and kept in a continuous circulation circuit by a pump 17 which takes it up from the lower bowl 5 after having passed through the user device if it is outside the refrigerant and brings it back to the distributor bowl 7 where a regulated quantity of feed water is brought to 18 to compensate for the losses by evaporation and entrainment.
The fluid to be cooled by this water, itself cooled by the blown air, enters at 19 and leaves at 20 when cold water is used in the refrigerant itself.
The devices described could obviously serve as a refrigerant and air conditioner; it suffices if the water or any other liquid is colder than the air.
CLAIMS
1) Water and air cooler, characterized in that the water slides, from top to bottom, adhering to surfaces of solids, vertical planes or non-capillary sinusoidals, a vertical counter-current of air being blown from bottom to top along these surfaces.
2) An embodiment of the refrigerant according to claim 1, in which the sliding and water-adherent surfaces are formed by parallel vertical sheets.
3) An embodiment of the refrigerant according to claim 1, in which the sliding and adhering surfaces of the water are formed by solid bars or vertical tubes in which liquids, gases and liquids can circulate. vapors to be cooled.
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