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La présente appareil destiné à assu- rer entre deux milieux ou fluides une action mutuelle physique consistant en des opérations de transmission et/ou de diffusion de chaleur par lesquelles la température et/ou la teneur d'un fluide gazeux contenu dans un gaz ou une vapeur différente su- bissent une modification. Il est important pour que cette action s'exerce de faire circuler un liquide dans une direction choisie de façon à faire subir une modification à sa température et/ou à sa teneur en une substance ou élément qu'il contient. Les ap- pareils qui servent à régler la température et/ou le pourcentage de l'humidité de l'air à la valeur qu'on désire constituent une importante application de l'invention.
Ainsi qu'il ressort de ce qui précède, l'invention concerne les changements d'état qui ré-
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sultont de la transmission de la chaleur, de l'absorption de la condensation et de l'évaporation, en faisant intervenir éventuel- lement deux ou plusieurs de ces facteurs.
Pour obtenir un coefficient de transmission de chaleur élevé lorsqu'on fait passer un gaz dans l'intervalle délimita entre deux surfaces, on fait circuler.le gaz à grande vitesse de façon à rendre turbulent le courant de gaz. Toutefois, cette turbulence ou mouvement tourbillonnant du gaz ne se propage jamais jusqu'à la surface proprement dite, au voisinage de laquelle existe tou- jours une couche de gaz dans laquelle le courant de gaz turbulent se transforme progressivement en une couche laminaire., généralement appelée couche limite. Cette couche comporte une portion intérieure dans laquelle les molécules de gaz sont pratiquemment immobiles sous l'effet d'une sorte d'attraction moléculaire et en dehors de laquelle la vitesse du gaz augmente progressivement.
Etant donné que la transmission de la chaleur dans cette couche (en faisant complètement abstraction du rayonnement) s'effectue dans une large mesure par conduction, en établissant ainsi des gradients de tempé- rature beaucoup plus considérables que dans un courant purement turbulent, la couche limite est la principale cause de la résistan- , ce à la transmission de la chaleur entre le gaz et la surface.
Le coefficient de transmission de chaleur entre le gaz et une surface immobile n'st donc qu'une fraction de la valeur qu'il aurait si la couche limite n'existait pas. Il est possible de supprimer la couche limite dans une certaine mesure, mais jamais complètement, en donnant une grande vitesse au gaz, mais la quantité d'énergie néces- saire à cet ffet est hors de proportion avec le gain réalisé dans la transmission de chaleur du fait de cette grande vitesse.
On fait usage dans certains cas d'échangeurs de chaleur construits en-vue d'une circulation laminaire du fluide ou mi- lieu gazeux, par exemple dans les conditions oit l'action du ven- tilateur doit être maintenue à une faible valeur. Le coefficient de transmission- de chaleur de ces échangeurs de 'chaleur est in-
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férieur à celui des échangeurs de chaleur construits en vue d'une circulation turbulente, et est considéré comme très avantageux lorsqu'il atteint 15 kcal/mh C (unité dont il sera fait usage au cours de la description). Mais le coefficient de transmission de chaleur ne dépasse généralement pas une valeur comprise entre 5 et 10.
Or,, il a été découvert suivant l'invention et en appliquant le principe de la circulation laminaire, qu'il est possible d'ob- tenir des coefficients de transmission de chaleur dix fois et même plus de dix fois supérieurs à ceux des appareils connus à circulation laminaire, en même temps qu'on obtient un rendement élevé et que la perte de charge subie par les fluides et dont dépend,directement la consommation d'énergie, reste faible. Il en résulte aussi que le coefficient de transmission de chaleur devient plusieurs fois plus grand que celui qu'on peut obtenir par l'application du principe de la circulation turbulente, la vitesse de circulation et la perte de charge ayant les valeurs calculées dans la pratique.
Les échangeurs de chaleur construits suivant l'invention comportent donc des cloisons en forme de feuilles en une matière mauvaise conductrice de la chaleur, sé- parées par des intervalles de 0,4 mm, en obtenant ainsi un coef- ficient mesuré de transmission de la chaleur de l'ordre de 180 à 200. On pourrait s'attendre à ce que cet intervalle étroit fas. se augmenter dans une mesure excessive la résistance à la circu- lation, étant entendu que la vitesse doit être en même temps d'un ordre de grandeur permettant d'obtenir le rendement voulu de l'échangeur de chaleur, par exemple en vue de la ventilation.
En raison de la valeur très élevée du coefficient de transmssion de chaleur et de l'intervalle très étroit entre les feuilles, la longueur de des intervalles dans la direction du courant de gaz peut être courte; elle n'est que de 50 mm environ dans les échan geurs de chaleur précités pour un rendement supérieur à 90%.
D'autre part, la résistance à l'écoulement n'est que de la mm. de hauteur d'eau pour une vitesse de l'air de 1,5m/sec.
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On constate '-, en même temps avec surprise que même lorsqu'il s'agit d'opération basée sur la diffusion, c'est-à-dire sur l'ab sorption, la condensation et l'évaporation, on obtient des coef- ficients de transmission de chaleur avantageux en effectuant ces opérations au moyen de paquets ou masses construits sous forme stratifiée avec des intervalles de passage étroits. Le coeffi- cient de transmission doit être considéré dans ce cas comme dé- signant la quantité de fluide transmis par diffusion par unité de surface, de temps et de perte de charge entre un gaz et la surface d'un corps solide ou d'un liquide.
En réalité il existe ainsi une équivalence conformément à certaines lois entre le coefficient de'transmission de chaleur et le coefficient de trans- mission par diffusion, dont dépendent les coefficients d'absorp- tion, de condensation et d'évaporation. Suivant l'invention, ces coefficients sont désignés respectivement par les expressions "coefficient de transmission" et"coefficient de transmission phy sique". Cette dernière expression a été choisie, étant donné que t'actionsubie par les deux milieux n'est pas en principe de nature à provoquer un changement d'état purement chimique des mi lieux. De plus,"le changement d'état" doit être considéré comme étant celui-d'un des milleux dans les conditions précitées.
L'invention se propose en conséquence de réaliser un appa- reil à grand rendement basé sur les considérations qui précèdent cet appareil ayant de faibles dimensions et une forte capacité en ce qui concerne l'action mutuelle exercée par les deux milieux et étant de,. construction simple et peu coûteuse.
Les caractéristiques qui précèdent, ainsi que d'autres, ap- paraîtront au cours de'la description détaillée donnée ci-après de l'invention à titre d'exemple avec les dessins ci-joints à l'auui,sur lesquels :
La figure 1 est une coupe verticale suivant la ligne 1-1 de , la figure 2''d'un appareil comportant un élément rotatif de circu- lation laminaire construit suivant l'invention, l'un des fluides étant un gaz et l'autre un liquide.
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La figure 2 est une coupe suivant la ligne IIII de la figu@ re 1;
La figure 3 est une vue en perspective à plus grande échel- le d'une portion d'un élément de circulation laminaire faisant partie de cette forme- de réalisation;
La figure 4 est une coupe verticale longitudinale d'une l'appareil suivant autre forme de réalisation de/1'invention;
La figure 5 est une coupe verticale longitudinale dune troisième forme de réalisation de l'invention.
La figure 6 est une coupe suivant la ligne VI-VI de la figu< re 5;
La figure 7 est une coupe verticale suivant la ligne VII-V de la figure 8 d'une forme de réalisation dans laquelle l'élément; de circulation est immobile et non rotatif comme dans les formes de régalisation précédentes;
La figure 7A est une coupe suivant la ligne VIIA-VIIA de la figure' 7;
La figure 7B représente à plus grande échelle une portion de l'élément de circulation laminaire en coupe suivant la ligne
VIIB-VIIB de la figure 7;
La figure 8 est une coupe suivant la ligne VIII-VIII de la figure 9 d'un échangeur de chaleur entre deux courants de gaz, en principe entre des courants d'air;
La figure 9 est une coupe suivant la ligne IX-IX de la figu- re 8;
La figure 10 est une élévation extérieure de l'échangeur de chaleur en partie en coupe suivant la ligne X-X de la figure
9 et en partie en coupe immédiatement en avant du rotor qui en fait partie;
Les figures 11 et 12 représente deux formes de construction équivalentes des cloisons qui constituent le rotor de l'échangeu de chaleur desfigures 8 ä 10;
La figure 13 est une élévation avec coupe partielle suivant la ligne XIII-XIII de la figure 14, d'une autre forme de réalisa tion d'un échangeur de chaleur;
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La figure Il+ est une coupe horizontale suivant la ligne XIV-XIV de la figure 13;
La figure 15 représente Un autre échangeur de chaleur sui- vant linvention, avec coupe partielle suivant la ligne XV-XV de la figure 16;
La figure 16 est une coupe suivant la ligne XVI-XVI de la figure 15;
La figure 17 est une vue de face à plus grande échelle ob- servée suivant la ligne XVII-XVII de la figure 16 du paquet de couches contenues dans l'échangeur de chaleur.
Suivant la forme de réalisation des figures 1 à 3; l'enve- loppe 10 du dispositif est partagée par des cloisons 12, 14 en trois chambres 16,18 et 20. La chambre 16 contient un moteur 22 et la chambre 18 un ventilateur 24 actionné par le moteur. Le ventilateur actionne de son côté un rotor logé dans/la chambre 20, désigné d'une matière générale par 26 et dont l'arbre creux 28 'est monté à son extrémité libre dans une partie 30de 11-enveloppe Le roteer 26 comporte deux plaques de bout 32, 34 qui peuvent être réunies par des entretoises 36 dirigées suivant l'axe et portent sur leurs périphéries extérieures des éléments ou paquet de circulation laminaire construits suivant l'invention.
Ces paquets, qui remplissent les intervalles entre les entretoises 36, consistent en des couches ou bandes 38 de plaques ou feuil- les dirigées radialement et axialement entre les plaques de bout 32, 34 et dont les bords 40 peuvent être rabattus de façon' à fixer la position des bandes dans le rotor.
La distance qui sépare les couches 38 et qui peut être main. tenue par des éléments d'écartement, ainsi qu'on le verra plus loin, est'comprise de préférence entre 0,3 et 0,8 mm et est de préférence inférieure à 1-1,5 mm suivant leur longueur dans le sens radial, qui peut être comprise entre 30 et 150 mm. Les cou- ches sont de préférence en une matière mauvaise conductrice de la chaleur, telle que le papier hydrofuge , le papier de fibre de verre, les matières plastiques, l'amiante, le tissu, etc.. d'une épaisseur d'un ou quelques dixièmes de millimétré. -
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On supposera que le dispositif est destiaé à refroidir l'air.
On Introduit un liquide tel quel'eau froide par exemple, par un tuyau 44 qui comporte une soupape de réglage 42, dans l'arbre creux 28 percé d'une série de petits trous 46 par les- quels l'eau est projetée en pluie sur les paquets laminaires.
L'eau est refoulée par la force centrifuge dans les intervalles entre les couches, puis se rassemble dans la portion inférieure de la chambre 10, d'où elle sort par un tuyau 48. L'air relati- vement chaud entre par des orifices 50 de la plaque de bout de la chambre 20, puis peutpasser dans les intervalles des feuil- les 38 dans le sens radial de' dehors en dedans c'est-à-dire à contre-courant avec. le courant d'eau passant dans ces interval- les. L'air, se refroidit en contact avec l'eau et est refoulé par le ventilateur 24 par des orifices 52 dans la chambre 18. Un fil. tre 54 retenant les particules d'eau flottant dans l'air peut être disposé sur le trajet de l'air, de façon à empêcher dans la plus large mesure possible ces particules d'eau de pénétrer dans le rotor du ventilateur.
Le filtre 54 est disposé dans la plaque de bout 34 et tourne avec elle. L'eau retenue par le fil- tre /est refoulée en dehors par la-force centrifuge et revient dans la chambre 20 en s'écoulant sur une surface de paroi de préférence inclinée-%.
Un échange de chaleur se produit entre l'air chaud et l'eau froide dans les intervalles délimités entre les feuilles du pa- quet, au moment où ces éléments viennent en contact direct'à cons tre-courant. Etant donné que la largeur des intervalles'compris ' entre les couches ou feuilles 38 du rotor est comprise entre les limites de l'épaisseur de la couche limite, ainsi qu'il a été dit on obtient des coefficients de transmission de chaleur très éle- vé entre le courant d'air laminaire dirigé en dedans et le cou- rant d'eau dirigé en dehors. On pourrait s'attendre à ce que la résistance à l'écoulement devienne. trop forte dans l'intervalle étroit, étant donné qu'en même temps l'ordre de grandeur de la vitesse doit être suffisant pour obtenir la capacité qu'on dési re du.dispositif.
Mais en raison de la valeur élevée du coeffi-
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cient de transmission de chaleur et de l'intervalle étroit entre les feuilles, on peut donner une courte longueurà cet interval- le dans la direction de circulation du gaz; on peut obtenir un rendement supérieur à 90% on donnant aux feuillesou couches38 une longueur dans le sans radial de 50 mm. D'autre part, la ré- sistance à l'écoulement peut être inférieure à 10 mm de hauteur d'eau avec'une vitesse de l'air de 1,5m/sec qui ainsi qu'on le sait peut être obtenue avec un ventilateur de construction sim- ple. En même temps, les distensions du ventilateur 24 doivent être choisies de façon à s'opposer à l'effet d'aspiration exercé par le coûtant d'air dirigé en dedans entre les couches 38.
Les.couches 38 sont de préférence de nature à être mouillés par'le liquidé ou à absorber ce liquide, de l'eau dans le cas présent de facon à étaler ce liquide sous forme de pellicule mince sur les surfaces des couches. Elles peuvent comporter des bandes minces 58 en une matière telle qu'un métal, possédant un coefficient -4-levé de transmission de chaleur et ayant pour but de répartir la chaleur dans le sens de l'axe.
Les bandes étroites sont toutefois isolées entre elles dans le sens radal par les feuilles 38 mauvaises conductrices de la chaleur.
Etant..donnéque la distance entre lescouches38 est faible, la force capillaire qui tend à retenir le liquide à la périphé- rie extérieure du rotor est considérable en conséquence. C'est pourquoi on donne aux couches une forme de nature à empêcher les gouttes de liquide d'obstruer les intervalles dans leurs portiom extérieures d'une manière plus ou moins incontrôlable. Dans la forme de réalisation représentée, la face extérieure des couches a une forme en quelque sorte en dents de scie et forme des lan- guettes 60. Le liquide qui, malgré la force centrifuge, est re- tenu dans les portions extérieures des intervalles, se concentre aux pointes des languettes, mais dégage toujoursles intervalles entre les languettes de façon à y former des canaux de passage libres du gaz.
On donne à la longueur dans le sens radial des
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languettes une valeur suffisante pour empêcher les gouttes de liquide de séjourner en des points des intervalles autres que les pointes des languettes.
La forme de réalisation de la figure 4 ne diffère en prin- cipe de celle qui précède que du fait qu'elle comporte plusieurs; rotors concentriques, au nombre de quatre dans la forme de réali- sation représentée, désignés par 62, 64, 66.et 68 et comportant chacun des groupes ou paquets de feuilles construits suivant l'invention. Le moteur 22, qui est fixé dans la plaque de bout 70 de l'enveloppe 10,comporte un tourillon 72 portant un disque 74 sur lequel sont fixés les divers rotors. La plaque de bout 70 est percée de plusieurs ouvertures 76, 78, 80 et 82 de rayons différents, par.lesquelles le fluide gazeux tel que l'air arrive à l'extérieur des rotors correspondants.
Les autres extrémités des rotors peuvent être montées sur des galets 84. Les trajets suivis par le gaz passant dans les divers rotas sont séparés l'un de l'autre par des cloisons 86,88 et 90 dont les diamètreµ diminuent de préférence entre le c8té de l'entrée et le côté de la sortie,de façon à augmenter la section de passage du courant de, gaz du rotor situé à l'extérieur et à diminuer la section de passage du courant de gaz du rotor situé à l'intérieur, dans la direction de la sortie. Des tuyaux de dérivation 94,96,98 et 100 partent d'un tuyau commun 92 d'arrivée du liquide tel que l'eau froide, et aboutissent sur la face intérieure des divers groupes de feuilles. Chaque tuyau de dérivation est percé de petits trous de sortie par lesquels le liquide vient arroser les paquets de feuilles..
Le liquide s'échappe dans un canal collecteur 102 de l'enveloppe 10 et en sort par un tuyau 104. Les divers courants de gaz se réunissent dans une conduite de sortie commune 106.
Si l'air n'est pas saturé de vapeur d'eau, une évaporation peut se produire en même temps que la transmission de chaleur et a pour effet de le refroidir davantage. Si l'air atteint le point de rosée pendant son passage dans le dispositif, la vapeur d'eau peut se condenser dans les paquets de feuilles pendant la derniè-
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re partie de l'opération de refroidissement. Inversement l'échan, geur de chaleur peut servir à refroidir un liquide tel que l'eau dans une tour de refroidissement. Il s'agit alors de soustraire la chaleur par l'évaporation de l'eau.
Le trajet de diffusiez de la vapeur est de courte longueur dans les intervalles étroits de sorte que le coefficient de transmission est très élevé: L'eau refroidie peut! alors servir à refroidir un condenseur, par exem- ple, et on peut la fairë revenir dans le dispositif par le tuyau 44.
Les considérations qui précèdent s'appliquent également au cas où le gaz contient des vapeurs d'un autre liquide quelconque tel que le trichloréthylène qui sert dans les installations de lessivage chimiques ou de solvant dans les opérations de pein- ture par pulvérisation.
Le liquide peut exercer une action d'absorption sur un flui. de ou vapeur entrainé par le gaz. Un exemple de cette application consiste dans le séchage de l'air pour le débarrasser de vapeur d'eau, par exemple au moyen de-: chlorure deacalcium ou de lithium en solution aqueuse qui peut être une solution froide, ou du tri. chloréthylène au moyen d'une huile absorbant ce composé. On peut alors faire circuler le liquide dans un circuit fermé contenant un régénérateur dans lequel se sépare le fluide absorbé, pour le faire revenir dans le dispositif après l'avoir éventuellement re- froidi.
Dans la forme de réalisation des figures 5 et 6, les deux fluides passent sous forme de.-courants se croisant au lieu de passer simplement à contre-courant, comme dans la forme de réali- sation qui précède. Plusieurs groupes de feuilles 113, au nombre de six dans le cas présent, sont insérés dans les trois rotors 108,110 et 112-et consistent chacun suivant l'invention en cou- ches minces espacées, telles qu'elles sont décrites ci-dessus.
Chaque groupe;de couches peut être enfermé dans une sorte de ma- gasin 114 qui se loge dans un évidement du rotor, sur lequel le magasin est fixé par des languettes 116 montées de façon pivotan-
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te. L'écartement entre les feuilles est luxé par des éléments d'écartement qui peuvent être formés par des bandes 118 collées sur les surfaces latérales du groupe de .feuilles.
Le rotor est monté de son côtedans une cage désignée d'une manière générale par 120 et.comportant des parois cylindriques 122, 124, 12'6,et 128 disposées à des distances différentes de l'axe de rotation de façon à former entre les feuilles 38 dispo sées à peu près dans le sens radial un trajet de circulation' en zigzag à 'par,courir par :Le gaz tel que l'air qui arrive par des ouvertures 130 dans l'enveloppe 10. Des cloisons radiales 132,
134 partagent le courant d'air en trois courants partiels de mê- me forme en zigzag correspondant au nombre de rotors.
La cage
120 est percée à l'intérieur d'ouvertures 136 séparées les unes des autres par des entretoises 137 et permettant au gaz de s'é- chapper librement par le canal de sortie central 106 communiquant. avec le ventilateur 24.
Le liquide, tel que l'eau, arrive par le tuyau 92, dont ùne portion 138 peut se diriger suivant l'axe du dispositif et ser- vir d'arbre de support du moyeu il.0 du rotor. Le tuyau 92 compor te immédiatement à l'intérieur des rotors 108,110 et 112 dés aju. tages de sortie 142 par lesquels le liquide est pulvérisé ra- dialement en dehors dans les intervalles compris entre les-grou- pesde feuilles.
Tandis que le liquide circule ainsi radialement en dehors, le fluide gazeux passe dans les intervalles des groupes de feuil les à plusieurs reprises, (à quatre reprises dans le cas présent), sous forme de courant sensiblement-, axial d'un rayon progressive- ment décroissant. La longueur suivant l'axe des groupes de feuil'' les est plus courte que dans les formes de réalisation qui précè dent, la longueur combinée du trajet de circulation du gaz étant ainsi comprise entre 60 et 100mm par exemple. Lorsqu'il s'agit de refroidir un courant d'air,par exemple au moyen d'un courant d'eau, le courant d'air qui arrive par les ouvertures 130 vient chaque fois qu'il passe en contact avec les feuilles, en centact avec de l'eau à une température plus basse.
Les couches 38 com-
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portent un prolongement 143 sur une certaine distance en dehors de la paroi 122 de la cage, cette distance pouvant être égale à la dis- tance dans le sens radial suivant laquelle le liquide peut être re- tenu dans les intervalles par la force capillaire.,
L'exveloppe 10 de la forme de réalisation des figures 7 et 7A est partagée horizontalement par un joint 144. Un groupe de-couches 38 est intercalé par exemple entre un rebord supérieur 146 de l'en- veloppe et une plaque 148 disposée dans le joint 144.
Le fluide ga- zeux arrive à la partie inférieure du groupe de couches par un tuy- au 150 e s'échappe, après avoir passé dans les intervalles entre les couches, p.ar un tuyau 152 à la partie supérieure de l'enveloppe.
Le liquide arrive par un tuyau 154, qui peut être disposé autour de la périphérie de l'enveloppe et qui comporte des tuyaux de dériva- tion 158 se terminant par une pomme d'arrosoir, les pommes d'arro- soir pulvérisent le liquide sur la totalité de la surface horizon- , tale du groupe de couches.
Les-couches du groupe de feuilles, représentées à une échelle beaucoup'-plus grande sur la figure 7B, consistent en une feuille 160 de papier, matière plastique, etc., recouverte sur une ou cha- cune de ses faces par des fibres d'un réseau à mailles fines ou par un tissu 162 consistant par exemple en fibres de verre. L'élément intermédiaire 160 peut aussi consister en une toile, par exemple métallique, portant sur une ou chacune de ses faces des couches à fines mailles 162. Les couches 162 peuvent aussi être en une autre matière quelconque, fibreuse ou poreuse appropriée pouvant être mouillée ou permettant au liquide de se répartir. En tout cas, les couches 162 doivent être de nature à former dans ou sur elles une pellicule de liquide ininterrompue et aussi homogène que possible.
Des éléments d'écartement sont forrnés par des réglettes 164 d'une épaisseur correspondant à l'intervalle qu'on désire entre les cou- ches. Cette forme de construction convient aussi aux formes de réa- lisation qui précèdent.
Le bord inférieur des couches 38 a la forme de languettes 60, de préféfence se terminant en pointe vers le bas pour éviter d'obs- truer les intervalles par des bouchons de liquide dus à l'action de;
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forces capillaires. Le liquide retenu à la pointe des languettes ne peut pas monter assez haut pour obstruer les intervalles formés par les languettes. Lorsque les groupes de couches sont immobiles .il est particulièrement important de donner aux couches ou feuillet d'une manière ou d'une autre du côte de la sortie du liquide une forme de nature à empêcher les gouttes retenues par la force capil- laire d'obstruer les intervalles qui y existent. Ce risque d'obs-. truction des intervalles subsiste encore lorsqu'ils ont une largeur de 3mm.
Comme précédemment, la transmission s'effectue directement entre les fluides, c'est-à-dire sans couches Intercalées, la lar- geur des intervalles pouvant atteindre dans la'forme de réalisation décrite en dernier.lieu de 2 à 2,5 mm, la limite supérieure étant de 3 mm.
Dans certains cas, lorsque la quantité de chaleur dégagée par l'absorption est considérable, il peut être avantageux de faire ve nir le gaz et le liquide en contact dans plusieurs éléments d'échan- ge de chaleur accouplés en série, en refroidissant alors le liquide dans son trajet entre un des éléments d'échange et lé suivant. Il en est de même dans les opérations d'évaporation .
Le dispositif des figures 8 à 10 comporte une enveloppe 210 destinée à être fixée par une bride 212 sur un bâti horizontal par exemple. Un moteur 214, qui peut être fixé directement dans l'en- veloppe, -comporte un arbre 216 dont l'extrémité intérieure est mon- tée de préférence dans un manchon 218 qui se prolonge en dehors de l'enveloppe, et qui porte un rotor désigné d'une manière générale par 220. Le rotor peut comporter un moyeu 222 et une double enve- loppe 224 entre lesquels une bande suivant l'invention est enroulée en spirale.
, La bande est de préférence en une matière non métallique, de faible conductibilité de la chaleur, telle que le papier, une matiè- re plastique, l'amiante, un tissu, etc., et son épaisseur-est faible et égale à un ou quelques dixièmes de millimètre au plus. Un inter- valle étroit est maintenu entre les spires (fig.ll) par des petites nervures , ou (fig.12) en formant la bande de papier ondulé, c'est- à-dire en la formant par une portion lisse 230 et une portion ondu-
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lée 232 roupies entre elles de préférence avant l'opération d'en- roulement.
La distance entre les cloisons 226 est suivant l'inven- tion de. l'ordre de 0,1 ou 0,2 à 0,9 ou 1 mm,et de préférence de . l'ordre de 0,2 à 0,6 mm. Pour profiter des avantages de :L'écoule- ment laminaire, la largeur des intervalles ou la distance moyenne entre les spires de la bande ne doit pas dépasser 1,5mm.
Dans la forme de réalisation de :La figure 12, dans laquelle la couche on- dulée 232 partage en moyenne en deux la distance entre les couches lisses 230, la distance entre ces couches peut atteindre à peu près le double, La largeur de l'intervalle dépend parmi d'autres fac- teurs et outre le poids spécifique du gaz, de la vitesse à laquel- le le gaz passe dans le rotor. Plus la largeur des intervallesest grande, plus leur longueur augmente dans la direction de l'écoule- ment/du gaz pour une même perte de charge.
La transmission de cha- leur'cédée 'ou. soustraite à la bande s'effectue avec un courant de gaz laminaire selon un coefficient de transmission de chaleur très élevé. Ainsi qu'il ressort de la figure 9, la longueur du rotor dans le sens de l'axe est faible par rapport à son diamètre. Cette longueur, qui est égale à celle du trajet du gaz dans l'intervalle,. peut. ne pas'dépasser 15 à 50 mm par exemple dans le cas d'un échan- ge da -chaleur entre l'air consommé dans un local de séjour et l'air extérieur ,fais.
La largeur et la longueur respectives de l'intervalle dans un échangeur de chaleur dans la direction de circulation des fluides peuvent êtrè obtenues avec une approximation suffisante par la for- mule suivante :
EMI14.1
dans laquelle : l la longuerud de l'intervalle en m ; de la largeur de l'intervalle en m; cp- la chaleur spécifique kcal/m3 oC des fluides; # = le coefficient de transmission de chaleur kcal/mh C des fluides, # = la viscosité dynamique kg s/m2 des fluides ; n= le rendaient qu'on désire obtenir dans l'échangeur de chaleur;
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#p= la perte de charge en hauteur d'eau en mm dans l'intervalle; Nu = le coefficient de Nusselt.
Toutes les grandeurs indiquées dans la formule qui précède sont par hypothèse sensiblement égales pour les deux fluides, comme, dans le cas de deux courants d'air d'échange de chaleur de même va- leur. De plus, il est nécessaire pour que la formule supplique à deux courants de gaz qu'il ne se produise pas de condensation appré ciable.
Pour l'air ordinaire, la formule peut se simplifier et prendre la forme :
EMI15.1
Par exemple si la pérte de charge peut être égale à 10 mm de hauteur d'eau et si le rendement de l'échangeur de chaleur doit de atteindre 95%, la longueur/l'intervalle est égale à 66 mmet sa lar- geur à 0,4 mm.
Dans la forme de réalisation des figures 8 à 10, un des cou- rants de gaz tel que celui de l'air consommé dans un local arrive par un tuyau 234 dans une chambre 235 sous l'action d'un'ventila- teur 236. Ce courant d'air passe ensuite par les intervalles étroits du rotor 220, lorsque pendant le mouvement de rotation du rotor, ces intervalles passent dans la moitié du côté gauche (vu sur les ' figures) du rotor. L'air s'échappe de l'appareil par une chambre 237 et un tuyau 238.
Le second courant d'air, qui dans le cas pré- sent consiste en air frais de l'extérieur, arrive dans une chambre
239 par un tuyau 240 et passe à contre-courant dans la moitié du côté droit du rotor 220, puis est refoulé en passant par. une cham- bre 241, un tuyau 242 et par un ventilateur 244 dans le. local en question. Les chambres 235 et 241 sont séparées l'une de l'autre par une cloison 246 et les chambres 237 et 239 par une cloison 248.
Cette dernière cloison peut être fixée sur une porte 250, qui une fois enlevée permet de faire sortir le rotor 220 de l'enveloppe 210 après avoir enlevé de l'arbre 216 un élément de fixation tel qu'un écrou 252. On peut ainsi remplacer facilement le rotor 220. Ce ro- tor est peu coûteux à fabriquer et par suite peut être remplacé par
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un neuf à peu de frais. Pour empêcher lés fuites à l'endroit des cloisons 246, 248, on peut disposer sur les côtés du rotor des gar- nitures fixes 254,256 par exemple en papier ondulé, qui ménagent des canaux de passage de large section par rapport à ceux de la bande du rotor. Ces canaux n'opposent qu'une très faible résistance aux courants d'air et forment en même temps une sorte de garniture à labyrinthe.
La forme de réalisation des figures 13 et 14 diffère en princi- pe de la précédee du fait que les deux fluides gazeux, tels que - l'air du local et'lair frais extérieur passent dans le rotor 220 -' dans le sens radial. C'est pourquoi le rotor se compose de couches de feuilles 258 disposées dans le sens radial. Ces feuilles peu- vent êtreréunies sous formede paquets introduits entre des parois radiales de support 260. Le rotor est limite latéralement par une plaque de bout 262 fixée sur l'arbre 216 et par une plaque de bout 264 percée d'un trou central permettant aux fluidesd'entrer dans les intervalles et d'en/sortir. La plaque de bout 264 est reliée à une plaque de moyeu 267 par un certain nombre de rayons 265.
Les plaques de bout 262,264 peuvent être rabattues l'une vers l'autre sur leur périphérie extérieure comme représenté en 268, de façon à former des rebords qui maintiennent en place les couches 258 dans le sens radial en dehors. Les couches peuvent d'ailleurs comporter des éléments d'écartement tels que ceux des figures 11 et 12, et la distance moyenne entre elles est également la même que dans la forme de réalisation décrite ci-dessus. Leur longueur dans le sens radial, c'est-à-dire dans le sens de circulation des courants de gaz, est faible, par exemple de 15-30 à 50 mm.
Etant donné que la circulation est dirigée dans le sens radial dans le rotor.220, deux tuyaux de communication ou tubulures 234 et 242 sont disposés sur la périphérie extérieure de l'appareil, tan- dis que deux tuyaux ou tubulures 238 et 240 sont disposés sur une des faces latérales de l'appareil. Ces dernières tubulures peuvent être réunies à un couvercle 270 qui, une fois enlevé, permet d'ac- céder à l'intérieur du dispositif.
Les chambres 235 et 241, qui tou tes deux se, prolongent sur un demi tour de l'extérieur du rotor 220
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sont séparées l'une de l'autre par une cloison supérieure et infé- rieure 272 qui porte une garniture 274, par exemple en feutre, s'appliquant sur le rotor ou disposée z l'extérieur du rotor avec un faible jeu. Des cloisons 276 et des garnitures 278 semblables peuvent être disposées à l'intérieur du rotor.
Dans l'exemple qui précède, où l'air chaud consommé dans un local de séjour cède de la chaleur à l'air frais plus froid admis, le pourcentage relatif d'humidité de l'air du local de séjour est généralement faible (en supposant qu'on soit en hiver). D'autre part le pourcentage absolu d'humidité de l'air atmosphérique est encore plus faible, ce qui est susceptible de provoquer une dessia- cation continue et 'indésirable dans le local, De même dans le cas contraire, c'est-à-dire lorsque la température de l'air atmosphéri- que est élevée et qu'il contient un fort pourcentage d'humidité, tandis que l'air du local subit un conditionnement permettant d'y maintenir une température plus basse, il peut arriver que le point de rosée soit atteint à l'intérieur des intervalles du rotor lors- que l'air chaud extérieur s'y refroidit.
Le refroidissement 'continu de l'air extérieur s'effectue donc à une humidité relative de 100%, Il en résulte, dans les appareils connus de ce type, que l'air qui s'échappe du local ne peut absorber dans les meilleures conditions que l'humidité précitée. L'air qui pénètre dans le local est toujcw, saturé de vapeur d'eau, ce qui augmente ainsi fâcheusement le pour-* centage d'humidité dans le local.
Or, suivant l'invention, les couches du rotor peuvent être construites de façon qu'en même temps qu'elles absorbent,de la cha leur, par exemple de l'air chaud extérieur, comme précédemment, et qu'elles cèdent cette chaleur à l'air qui s'échappe du local de sé- jour, l'humidité de l'air soit absorhée et soit ainsi transmise de l'air extérieur à l'air intérieur sans que l'air extérieur, en sor- tant des intervalles du rotor, soit saturé et qu'au contraire son pourcentage relatif d'humidité soit voisin de celui du local de sé- jour. Dans le premier des cas précités, l'air s'échappant du local de séjour récupère son humidité. De plus, on empêche le condensat de se précipiter sur les couches en formant ultérieurement undé-
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pôt de glace.
Ce résultat s'obtient spontanément avec le papier, le tissu (de laine) ou los matières plastiques possédant des propriétés hy- groscopiques, mais on peut l'améliorer notablement en disposant dans ou sur les couches une substance hygroscopique, tel qu'un gel de silice finement broyé, qu'on fait adhérer aux couches d'une ma- nière ou d'une autre. Cette substance doit de préférence être inso- luble dans la vapeur, telle que la vapeur d'eau à entraîner entre les fluides.
Il est également très important pour que l'échange de va'peur s'effectue que les intervalles soient étroits suivant l'in- vention, étant donné que le coefficient de transmission par diffu- sion, qui détermine l'intensité de la transmission de la vapeur en- tre le fluide et la couche ou inversement,prend une valeur extrê- mement élevée,de la même manière que le coefficient de transmis- sion de la chaleur. Le passage de l'humidité de l'un des courants d'air dans les couches s'effectue par condensation superficielle ou capillaire à un degré hygrométrique notablement inférieur à 100% étant donné que l'humidité relative du courant d'air est plus forte que l'humidité en équilibre correspondante des couches.
D'autre pari l'humidité relative de l'autre courant d'air est inférieure à cette de humidité en équilibre, de sorte que/1'humidité est fournie à ce se- cond courant d'air.
Si, d'autre part, on désire éliminer l'humidité d'un des flui- des sans la faire passer dans l'autre, on peut choisir des couches dont le pouvoir absorbant est nul ou qui sont hydrophobes et les constituer par exemple en "Teflon" ou les imprégner avec de la pa- raffine ou des composés de silicium. On donne alors lapréférence à la forme de réalisation des figures 13 et 14, étant donné que la force centrifuge contribue à éliminer le condensat précipité dans les .intervalles entre les couches. L'appareil peut comporter à la partie inférieure des orifices de sortie du condensât sous forme de joints hydrauliques.
La longueur des intervalles entre les couches du rotor dans la direction de circulation des gaz est un facteur déterminant du ren-
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dément de l'ochangeur, ainsi qu'il ressort des considérations qui orecedent, et tel est :Le cas également de la résistance offerte par les intervalles au passage: des gaz- Etant; donné' qu'on peut ob.tenir- un rendement de plus de 90 % avec une longueur des intervalles de
30mm ,'il n'y a aucun intérêt dans la plupart des cas à augmenter cette longueur à plus du double ou au triple ou au quadruple de cet- te valeur.
Un échangeur de chaleur; destiné par exemple à la venti- lation, est construit de façon à fonctionner avec une vitesse des gaz dans les intervalles du rotor comprise de: préférence entre 1 et
2,5m/sec. Une vitesse du gaz inférieure à environ 5m/sec, ne donne lieu à aucun bruit gênant. La vitesse du rotor peut atteindre 80t/ min.par exemple, sans que le déversement inévitable d'un des flui- des dans l'autre donne lieu à des pertes appréciables.
Suivant les figures 15 à 17, une enveloppe 310 contient un pa- quet ou groupe de feuilles ou plaques, désigné d'une manière géné- rale par 312. Ce groupe se compose de couches rectangulaires 414 mauvaises conductrices de la chaleur, de préférence en une matière non métallique, telle que le papier, une matière plastique, l'aminan- te, etc. et de faible épaisseur ne dépassant pas un ou quelques millimètres au plus. Les couches sont séparées par des intervalles choisis de façon à rendre laminaire la couche des gaz dans les intervalles entre les couches à la vitesse considérée.
Pour obtenir une valeur élevée du coefficient de transmission de chaleur, la lar- geur de ces intervalles est comprise entre les limites de 0,25 et 0,7mm' Cette largeur a non seulement une importance décisive au . point de vue de la valeur du coefficient de transmission de chaleur mais encore détermine la longueur du groupe de feuilles dans la direction de circulation des gaz et par suite les dimensions de :L'échangeur de chaleur, ainsi que la perte de charge qui doit être surmontée à la vitesse de circulation nécessaire pour obtenir une certaine capacité.
En dehors des limites les plus avantageuses, la largeur des intervalles peut être réduite à 0,2 ou 0,1mm et peut être augmentée à 0,9 ou 1,0 mm, tout en réalisant en même temps des conditions relativement avantageuses entre les va:Leurs des fac- teurs précités*
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Un tuyau. distributeur 316, dans lequel arrive l'un des flui- des, tel que l'air consommé dans le local de séjour, comporte plu- sieurs tuyaux de dérivation par rapport à l'enveloppe 310 sur ses deux faces planes latérales et par conséquent pénétrant à l'inté- rieur de 3.'enveloppe, peuvent comporter une paroi latérale 320 in- clinée en dedans vers le groupe de feuilles 312.
La largeur des in- tervalles 321 entre les divers tuyaux 318 es't au moins à peu près égale ., celle de tuyaux (fig.15). Le groupe 312 comporte sur une de ses faces antérieures 323 des Eléments d'écartement 322,324 un peu. plus larges que les tuyaux 318 et leurs intervalles 321 et dé- calés entre eux dans le sens transversal par rapport à la direction de circulation des gaz. Les éléments d'écartement 322 sont disposés dans les intervalles de deux en deux et les éléments d'écartement 324 dansées intervalles intermédiaires.
Vu de face, le groupe de feuilles a la forme de la figure 17, suivant laquelle on voit que les intervalles de deux en deux comportent des ouvertures 326 sépa- rées par les éléments d'écartement 322 et les autres intervalles de deux en deux dee ouvertures 328 séparées par les éléments d'écarte- ment 324, ces ouvertures étant décalées latéralement entre elles.
Les intervalles de deux en deux qui comportent les ouvertures 326 communiquent donc librement avec les tuyaux 318 en avant d'eux et sont fermes sur la seconde face antérieure 329 du groupe de feuil- les directement au-dessus des ouvertures tubulaires 326 par des éléments d'écartement 330 disposés en avant des tuyaux 332 du se- cond fluide-, tel que l'air extérieur frais. De même que les tuyaux 316, les tuyaux 322 peuvent venir se réunir à un tuyau collecteur 334 de plus grande section. L'intervalle est ouvert entre deux élé- ments d'écartement 330, et l'air du local arrivant par les tuyaux 318 passe sur la face de sortie en suivant une direction légèrement oblique indiquée par les flèches en traits pleins 336.
L'air du lo- cal peut $lors continuer à circuler dans les espaces intermédiaires 338 entrâtes tuyaux 332 et s'échappe par un canal collecteur 340, un tuyau 342 et un ventilateur 343. Le second fluide, tel que l'air frais arrivant par les tuyaux 332 dans les intervalles de deux en
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deux entre les ouvertures formées par les éléments d'écartement 345, continue à circuler dans les ouvertures 328 de ces intervalle de la face antérieure 323. L'air frais s'échappe dans :Les ,espaces intermédiaires 321, comme l'indiquent les flèches en pointillé 344, Les espaces intermédiaires 321 forment une portion d'un tuyau 346 muni d'une tubulure de sortie 348 communiquant avec un ventilateur 349.
Il suffit que les couches 314 aient une longueur de 30 à 60- 100mm entre les faces antérieures pour obtenir un rendement de plus de 90%, Etant donné que les tuyaux respectifs d'admission et d'é- chappernent se partagent en une série de tuyaux de dérivation, les courants de gaz se rencontrent suivant un angle aigu. La longueur dans le sens latéral des couches 314, et par suite le nombre des orifices d'admission et d'échappement, sont déterminés par la capa-* cité de l'échangeur de chaleur qu'on désire obtenir.
Même' si la ion: gueur dans le sens latéral est grande, le trajet suivi par les deux courants de gaz dans les intervalles étroits est toujours .le même et il résulte de la.faible valeur de l'angle formé entre les cqu- rants de gaz que les conditions de la transmission sont voisines de celles qui s'établissent lorsqu'on applique le principe pur et sim- ple dit de la circulation à contre-courant. Les éléments d'écarte- ment 322, 324, 330', 345 peuvent être en carton, matière plastique, etc, de même épaisseur que la largeur des intervalles considérés.
Les éléments d'écartement de la forme de réalisation représentée ont une forme triangulaire dont le sommet se dirige vers les inter valles.
Il n'est pas nécessaire que la longueur des intervalles dans la direction de circulation des gaz soit supérieure dans la plupart des cas à 200 mm pour obtenir un rendement élevé. L'échangeur de chaleur est construit de façon à fonctionner à une vitesse des gaz dans les intervalles des couches 312 comprise entre 1 et 2,5m/sec.
Une vitesse des gaz inférieure à environ 5m/sec. ne donne lieu à aucun bruit gênant. On donne la préférence à une perte de charge de fluides gazeux de l'ordre de 10 mm de hauteur d'eau.
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Il est important.que les intervalles étroits se prolongent sur une grands largeur dans le sens transversal par rapport à la direc- tion de circulation des gaz et par conséquent ne soient pas inter- rompus à des intervalles rapproches par des éléments d'écartement et analogues, comme par exemple dans le cas où le groupe 312 se
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composera4t de feuilles alternativement lisses et ondulées, auquel cas il se formerait des espaces morts dans lesquels les gaz s'im- mobiliseraient plus ou moins ou seraient freinés par frottement;
en faisant sensiblement diminuer le coefficient de transmission de cha leur. ', ¯-
Si les'couches de l'échangeur de chaleur sont en une matière
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permettait't à la vapeur d'eau de passer, la vapeur passe du courant d'air dont le pourcentage en humidité est le plus grand dans le cou
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rant'd'aîr dont ce pourcentage est le plus faible. Cette matière pedt 8t re-ÉÏreusé et constituée par la cellulose, le verre ou le papier dniâ,nte ou par des matières textiles ou analogues. Ce tex- tlie pe^u.ytre formé par des fils en matière plastique. Enfin, on peut aussi employer des feuilles perforées, qui n'ont pas besoin d'être poreuses elles-mêmes. Le passage transversal de la vapeur 'd'eau entre les deux courants de gaz s'effectue ainsi sans que les
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courants-dè gaz eux-mêmes se mélangent.
Les intervalles étroits fa.cil.te,,notablëment le'transfert de la vapeur d'eau du fait que ladifAaJbn de la vapeur d'eau dans le gaz s'effectue avec un coef. ficient de transmission qui augmente de la même manière que le coef
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fiôlent de transmission de la chaleur. Le transport de l'humidité le
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peut s'eetuer dans la substance solide de la couche si on/désire en combinaison avec l'aspiration capillaire de la vapeur d'eau à l'état liquide et analogue. En raison de la faible épaisseur des
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couches le taux de transmisssion est élevé par unité de surface.
) La matière solide des couches de-l'échangeur oppose la'résis- tanche la plus forte à la diffusion de la vapeur d'eau, surtout en raison du faille pourcentage relatif d'humidité, lorsque le liquidé
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n'est pa6]aspiré à travers les couches sous forme de filets liqui- des continus. Il peut être avantageux de donner aux intervalles und
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plus grande longueur dans la direction de circulation des gaz que celle qui a été indiquée.
Pour maintenir en même temps la perte de charge à une faible valeur, on peut augmenter, en particulier dans les cas précités, la largeur des intervalles à 1,sima. Sinon le trais* port de vapeur d'eau à travers la matière des couches devient d'au- tant plus considérable qu'elles sont plus minces.
Il est évident que si les gaz d'échange de chaleur ne consis- tent pas en air, on peut envisager le transport de vapeurs autres que la vapeur d'eau. A cet égard, la vapeur doit être considérée comme étant une substance dont le point d'ébullition-est notable- ment plus élevé que celui des deux fluides.
Si une condensation se produit dans le courant d'air le plus chaud et si l'eau doit être éliminée de l'appareil, on dispose le groupe de feuilles avec des intervalles verticaux et ses faces an- térieures 323', 329 dans le sens vertical. Le condensat peut ainsi s'écouler dans la portion inférieure des intervalles et sortir par les ouvertures d'entrée et de sortie du courant d'air libres de ce côté. Le niveau de l'eau s'établit à une certaine hauteur dans cet- te portion des intervalles sous l'effet de la'force capillaire, maj elle ne gêne pas les courants d'air qui passent au-dessus. Des ori- fices de sortie de l'eau sous forme de joints hydrauliques peuvent être prévus dans la partie inférieure de l'appareil, comme l'indiqua le tracé en traits mixtes 350.
Si les intervalles étant verticaux, les faces antérieures 323, 329 sont horizontales, on arrive au même résultat en prolongeant les feuilles 314 et les éléments d'écartement 345 dans les espaces intermédiaires 338 de façon à former des :Languettes en pointe 352 dirigées vers'le bas. L'écartement entre ces languettes est alors égal à la largeur des intervalles. Si le fluide gazeux circulant dans la direction des flèches 336 contient une vapeur condensable, ou si un liquide pénètre de toute autre manière dans les intervalles parcourus, par le fluide, le liquide s'écoule par son propre poids entre les languettes 352, où il est retenu par la force capillaire au niveau le plus élevé, par exemple au niveau 354.
Il en résulte
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que l'office de sortie du fluide ne peut jamais être complètement fermé par le liquide, ce qui laisse ainsi subsister un passage li- bre du fluide sur les deux bords convergents de la languette. La même mesure peut être prise au bord inférieure d'entrée de l'autre fluide.':., ,
Cette forme des bords Inférieurs d'entrée ou de so.rtie du grou' pe est particulièrement importante lorsqu'il n'existe pas de 'ventilateur et que la circulation du gaz est obtenue simple-
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ment paf'sa propre force de propulsion, cèst-à-dire lorsque cette force é ;eaele et ne dépasse pas par exenpie une fraction de mil- 1,-!Lmbtre,de'hauteur d'eau:
' A ce propos, il convient de faire remar-
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qner donnant a la largeur des intervalles la valeur envisagée sùht,--4,linventîon, on rend les coefficients de transmission de la chaleur -t de' -diffusion pratiquement indépendants de la vitesse des Pu3des , pax exnp:Le des gaz.
Le cloisons peuvent aussi être en une matière ou recouvertes 9Unemjyifiqle.qui ne se mouille pas par le liquide se condensant, ainsi ou ne ;'ô';.le que dans une faible mesure, en permettant/au liqui. de de ssIer librement ou en ne consommant qu'une faible quantité d,eênergei. pgic-sortir des intervalles. Les cloisons peuvent ainsi ônsis;r en.feu,lles de iiTef1onii, de papier ou de matière plasti- que, traitées par-le silicium.
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Dans certains cas, les cloisons peuvent être en mél:al,. suivant l:3inweôn'ma.s la largeur et la longueur des intervalles sont alors relativement grandes, afin d'empêcher la conduction de la cha léur de'eaire diminuer le rendement. A titre d'exemple, on peut en- vîsager ilemlioi de feuilles ou plaques en acier inoxydable d'une épaisseur de OeO5mm si la largeur des intervalles est égale à 0,7mm< L.acier-.noxydable peut être considéré comme un métal mauvais con- ducteur'de la chaleur, dont le coefficient de conductibilité calo- r4fique "est que le dixième de celui de l'aluminium, ce qui obis- ge à donner une épaisseur encore moindre aux feuilles, par exemple
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de 001 ra! en les séparant par des intervalles atteignant 1 mm peur obtenir un rendement avantageux.
Mais lorsque la distance entr les feuilles ou la largeur des intervalles augmente, le coefficient
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de transmission diminue en même temps et les dimensions de l'appa- reil aug entent pour obtenir une certaine capacité de l'échangeur de chaleur.
Bien entendu, l'invention ne doit pas être considérée conme limitée aux formes de réalisation représentées et décrites, qui n'ont été choisies qu'à titre d'exemple.