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Appareil de mise en contact d'un liquide et d'un gaz."
La présente invention concerne un appareil de mise en contact d'un liquide et d'un gaz, comprenant un corps ou masse de garnissage de mise en contact disposé à l'intérieur d'une enveloppe, ledit corps de mise en contact étant composé de couches ou feuilles présentant des plis ou ondulations, lesdites couches étant traversées simultanément par lesdits deux fluides. Ces fluides peuvent être l'eau et l'air, un champ d'application important étaat constitué par des tours de refroidissement. Dans la description qui suit, la présente , invention sera expliquée relativement aux tours de refroidis- sement, bien qu'elle ne soit pas limitée à elles.
Dans la demande de brevet Britannique n 24,173/63
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du ut intitulee if i on décrit un corps de mise en con- tact dans lequel les plis des couches adjacentes se croisent les uns les autres. On donne de cette façon aux canaux ou aux espaces compris entre les coucnes une largeur variant de façon continue, ce qui assure que le sens d'écoulement des fluides soit modifié de façon répétée pendant le passage à travers le corps de mise en contact. Un corps de mise en contact de ce type a une grande efficacité par rapport au changement d'état envisagé tel que le refroidissement de l'eau.
La présente invention a de façon générale pour but de
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permettre une amélioration supplémentaire de l'appareil de mise en contact, un but particulier consistant à prévoir des angles d'inclinaison entre les plis et le sens du fluide, en particulier le gaz, pour obtenir un échange optimum entre les fluides. En raison de la particularité que deux coucnes' adjacentes sur toute la surface ou sur la partie principale de celle-ci forment un intervalle continu, on obtient une action sur le liquide, une force agissant sous un angle par rapport au sens d'écoulement du liquide qui a tendance à pro- voquer un certain déplacement latéral du liquide à l'intérieur du corps de mise en contact.
En outre,,le liquide peut être expulsé du corps de mise en contact par le courant de gaz sous la forme de gouttelettes. Ceci est vrai en particulier lorsque les fluides se rencontrent l'un l'autre dans un cou- rant dit croisé provoqué dans les intervalles du corps. La présente invention'a pour autre but d'obliger le fluide liquide à suivre les coudies suivant une répartition uniforme dans tout le corps de mise en contact, qui atteint ainsi une capacité maximum.
Cette répartition a de l'importance égale-' ment en ce sens que si la partie du corps de mise en contact principalement touchée par l'air n'est pas mouillée et rin- cée par l'eau, par exemple dans une tour de refroidissement, à un degré suffisant, il peut se produire une précipitation de sels ou de "matières minéra;es" analogues, sur la surface des couches qui obstrue rapidement les canaux.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va suivre faite en regard des dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 est une coupe longitudinale verticale à travers une tour de refroidissement construite suivant la présente invention ; la figure 2 est également une coupe longitudinale ver-
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ticale à travers une construction modifiée d'une tour de refroidissement; la figure 3 montre une partie d'une tour de refroidisse- ment en coupe longitudinale verticale suivant une troisième variante; la figure *+ est une vue en perspective d'une partie du corps de mise en contact suivant le forme de réalisation mentionnée en dernier; la figure 5 est une vue en perspective d'une partie d'un corps de mise en contact suivant encore une autre varian- te.
Dans les diverses figures les mêmes numéros de référen- ce s'appliquent à des éléments équivalents.
Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 1, un corps de mise en contact ou masse de garnissage 10 est entouré par une enveloppe 12 qui forme à sa base un es pace 14 collecteur d'eau. Sous le corps de mise en contact l'enveloppe présente des ouvertures 16 pour introduire le fluide gazeux, c'est-à-dire l'air, qui monte à travers le corps de mise en contact 10 et qui s'échappe à travers une sortie 18 dans laquelle est prévu un ventilateur 20 ayant un moteur de commande 22. L'eau est alimentée vers le corps de mise en contact d'en haut à travers des distributeurs 24, qui, pour une raison de simple exemple, sont indiqués comme des dispositifs fixes ayant des orifices d'échappement 26, ménagés à leur côté inférieur, mais qui peuvent être également d'un type tournant ou plus généralement mobile.
Le corps de mise en contact ou masse de garnissage 10 se compose de minces couches ou feuilles, qui sont avants- geusement pliées ou ondulées, et qui sont disposées vertica- lement. Les plis ou ondulatior.s se croisent les uns les autres dans les couches adjacentes. Ils appuient les uns con-
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tre les autres et sont liés les uns aux autres aux points de contact par un agent de liaison approprié. Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 1, l'eau et l'air s'écoulent à contrecourant à travers le corps de mise en contact 10. Les ondulations forment un angle très incliné par rapport au sens vertical, qui est Inférieur à 30 à 40 et avantageusement entre 15 et 25 environ.
Sur cette figure, les lignes 28 montrant ainsi les ondulations de cha- que seconde couche et les lignes 30 montrent les ondulations des couches disposées entre ces dernières. On obtient ainsi . dans les sens horizontal et vertical des canaux ou passages pénétrant d'une extrémité à l'autre du corps de mise en con- tact, lesdits canaux ou passages ant une largeur variant de façon continue de zéro aux points de contact entre les .couches jusqu'au double de la hauteur des ondulations. La hauteur des ondulations peut atteindre de 1 à 7 millimètres ou plus. @
Le plus convenablement les couches absorbent le liquide ou l'eau. Elles peuvent être faites avantageusement de fibres de cellulose ou d'une matière minérale telle que l'amiante.
On assure la conservation de la résistance des feuilles de papier de cellulose ou d'amiante lorsqu'elles sont mouil- lées en les imprégnant d'une substance convenant à ce but, par exemple une résine telle qu'une résine phénolique. On peut également relier mutuellement les couches aux points de con- tact au moyen de cette résine.. On peut également soumettre les couches à un traitement d'une façon décrite dans le brevet français n 1.346.112 du 4 novembre 1963.
En raison de la particularité que les plis ou ondulations se croisent les uns les autres, l'air s'écoulant rapidement de bas en haut change sans arrêt son sens d'écoulement pendant son passage à travers les canaux ménagés entre les couches du corps de mise en contact. La turbulence ou tourbillonnement ' qui en résulte est due à la forte inclinaison des plis qui
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a un effet favorable sur le contact avec l'eau et également en ce qui concerne la résistance de l'air qui est maintenue à de faibles valeurs.
L'eau répartie de dessus sur la surface antérieure du corps de mise en contact s'écoule vers le bas le long des couches sous forme d'une pellicule suivant une sorte de tra- jet sinueux d'un coefficient d'action réciproque très élevé entre les fluides, calculé sur l'unité de surface des couches, qu'on obtient de cette façon.
Dans la forme de réalisation suivant le figure 1, les couches sont munies à leur base de pattes d'égouttement 32, qui d'après la description du brevet français n 1.13.829 du 18 juin 1960 par exemple, ont pour but, lorsqu'il existe des espacements relativement petits entre les couches, d'em- pêcher une obstruction des parties les plus basses des canaux ou passages en raison de l'influence de la tension superfi- cielle exercée sur l'eau.
On retire l'eau refroidie de l'espace collecteur 14 à travers une conduite 34 réglée par un robinet 36 disposé dans cette dernière pour la transporter vers un endroit d'u- tilisation, d'où on la remet en circulation d'une façon conue vers les distributeurs 24 On règle le niveau de l'eau de l'espace collecteur par un mécanisme flotteur 38 commandant l'alimentation en eau fraîche pour remplacer les pertes dues à l'évaporation dans le corps de mise en contact, par exemple.
Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 2, on fait passer les deux fluides en courant croisé dans les deux corps de mise en contact ou masses de garnissage 10.
On alimente l'eau de la même façon que dans la forme de réalisation précédente à travers des distributeurs 24 vers la surface supérieure des corps de mise en contact, et qui s'écoule le long descouches avec un sens d'écoulement sensi-
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blement vertical. Toutefois, l'air pénètre à travers des ori- fices 40 situés sur le même niveau qu'un bord latéral des corps de mise en contact et comme il est indiqué par les flè- ches 42 44 il a un sens d'écoulement sensiblement horizon- tal à travers les intervalles ou canaux existant entre les corps de mise en contact.
Dans la forme de réalisation de la figure 2, les corps de mise en contact ont un profil.rectangu- laire et les plis ou ondulations 28 d'un groupe de couches ont le même angle d'inclinaison que les ondulations ou plis 30 de l'autre groupe de couches relativement au bord d'ad- mission de l'air. Toutefois, les corps de contact sont incli- nés du fait qu'ils sont supportés par des supports inclinés 46 munis, d'ouvertures 48 pour l'échappement de l'eau vers l'espace collecteur 14 De cette facn on donne aux plis 30 qui sont dirigés vers le haut, en observant le sens découle- ment 42 de l'air, un angle d'inclinaison plus raide par rap- port au plan horizontal que si la surface de support des sup- ports coïncidait avec le plan horizontal.
En outre, l'incli- naison des plis 28 qui sont dirigés vers le bas, en observant le sens du courant d'air 42, est réduite. Il résulte de cette disposition qu'on prévoit des moyens dans le corps de mise en contact qui provoquent un effet de retenue sur l'eau pen- dant son écoulement vers le bas, pour diminuer ainsi le plus possible sa tendance à être entraînée par le courant d'air.
Si on suppose ainsi que le courant d'air est interrompu, 1'in- clinaison du corps-de mise en contact a pour résultat que l'eau s'écoule dans un sens dirigé vers le bord latéral du corps de mise en contact qui fait face à l'orifice 40.
D'autre part, le courant d'air refoule l'eau s'écoulant vers le bas vers le côté d'évacuation de l'air. Suivant la pré- sente invention ces deux facteurs se compensent l'un l'autre de façon à assurer une répartition uniforme de l'eau sur toute la surface du corps de mise en contact.
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Dans la forme de réalisation représentée sur les figures 3 et 4 le corps de mise en contact 10 est monté de façon que ses côtés coïncident avec le pian horizontal et avec le plan vertical, respectivement. Au contraire, on a donné aux plis une inclinaison de façon que les plis 30 appartenant à un groupe de couches forment un angle plus grand par rapport au plan horizontal que les plis 28 appartenant aux couches croisant le groupe de couches précité. De cette façon, on obtient le même effet qu'avec la forme de réalisation précé- dente.
Dans la forme de réalisation représentée sur les figures 2 à 4 l'angle d'inclinaison des plis par rapport au côté d'admission de l'air et au plan horizontal, respectivement, est inférieur à 45 tel que de 20 à 35 .
Les plis 28 peuvent s'étendre horizontalement et ont même une légère inclinaison vers le haut dans le sens d'écou- lement de l'air à travers le corps de mise en contact. La composante de retenue de la force agissant sur l'eau devient naturellement d'autant plus grande que les plis 30 s'incli- nent vers le haut et d'autant moindre que les plis 28 s'in- clinent vers le bas, en observant dans le sens d'écoulement de l'air.
La figure 5 représente une forme de réalisation du type dont les plis ou ondulations 28, 30 de toutes les couches s'inclinent vers le haut, en observant dans le sens d'écoule- ment de l'air indiqué en 42, avec le même angle ou à peu près. Il est évident que l'angle compris entre les couches adjacentes est d'autant plus petit que les passages deviennent , plus étroits dans le sens de haut en bas de l'eau. Si les plis ou ondulations appuient les uns contre les autres sur toute la longueur, le passage dans le sens vertical se ferme même entièrement. Pour cette raison on interrompt le contact
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existant entre les couches en munissant, par exemple, les nervures des plis ou ondulations d'évidements, entailles ou fentes 46 uniformément espacés.
On peut ménager ces évidements au moyen de couteaux ou d'outils analogues après avoir fermé les plis ou ondulations, On peut disposer ces évidements sous des configurations différentes pour s'assurer qu'on donne à l'eau une bonne répartition entre les couches. Ces évidements ou fentes aident également à provoquer une pertur- bation de l'écoulement de l'air en favorisant sa turbulence ou son tourbillonnement.
Le liquide peut être constitué par une solution saline telle qu'une solution d'un sel hygroscopique dans l'eau.
Au lieu de l'eau, d'autres liquides ayant une tension de vapeur élevée peuvent entrer en considération dans certains cas.
On peut également appliquer la présente invention à un chauf- fage, par exemple de l'eau, afin d'utiliser la chaleur déga- gée dans un courant d'air.
La présente invention n'est pas limitée aux formes de réalisation. décrites et représentées et est susceptible de recevoir diverses variantes rentrant dans le cadrer et l'es- prit de l'invention.
REVENDICATIONS.
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Apparatus for contacting a liquid and a gas. "
The present invention relates to an apparatus for contacting a liquid and a gas, comprising a body or mass of contacting packing arranged inside a casing, said contacting body being composed of layers or sheets having folds or waves, said layers being traversed simultaneously by said two fluids. These fluids can be water and air, an important field of application consisting of cooling towers. In the following description, the present invention will be explained with respect to cooling towers, although it is not limited to them.
In British patent application No. 24,173 / 63
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From the title if i a contacting body is described in which the folds of the adjacent layers cross each other. In this way, the channels or spaces between the layers are given a continuously varying width, which ensures that the direction of flow of the fluids is repeatedly changed during passage through the contacting body. A contacting body of this type has a high efficiency with respect to the intended change of state such as cooling the water.
The present invention generally aims to
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allow a further improvement of the contacting apparatus, a particular object consisting in providing angles of inclination between the folds and the direction of the fluid, in particular the gas, to obtain an optimum exchange between the fluids. Due to the peculiarity that two adjacent layers over the entire surface or on the main part thereof form a continuous interval, an action on the liquid is obtained, a force acting at an angle to the direction of flow of the liquid. liquid which tends to cause some lateral displacement of the liquid within the contacting body.
Further, the liquid can be expelled from the contacting body by the gas stream in the form of droplets. This is particularly true when the fluids meet each other in a so-called cross current caused in the gaps of the body. Another object of the present invention is to force the liquid fluid to follow the elbows in a uniform distribution throughout the contacting body, which thus achieves maximum capacity.
This distribution is also important in the sense that if the part of the contacting body mainly affected by air is not wetted and rinsed by water, for example in a water tower. Upon cooling to a sufficient degree, precipitation of salts or similar "minerals" may occur on the surface of the strata which rapidly clogs the channels.
Other advantages and characteristics of the invention will emerge from the following description given with reference to the appended drawings in which:
Figure 1 is a vertical longitudinal section through a cooling tower constructed in accordance with the present invention; Figure 2 is also a longitudinal section towards
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ticale through a modified construction of a cooling tower; FIG. 3 shows part of a cooling tower in vertical longitudinal section according to a third variant; Figure * + is a perspective view of part of the contacting body according to the last mentioned embodiment; Figure 5 is a perspective view of part of a contacting body according to yet another variation.
In the various figures the same reference numbers apply to equivalent elements.
In the embodiment shown in Figure 1, a contacting body or packing mass 10 is surrounded by a casing 12 which forms at its base a space 14 collecting water. Under the contacting body, the casing has openings 16 for introducing the gaseous fluid, i.e. air, which rises through the contacting body 10 and which escapes through a outlet 18 in which is provided a fan 20 having a drive motor 22. Water is supplied to the contacting body from above through distributors 24, which, for the sake of simple example, are indicated as fixed devices having exhaust openings 26, formed on their lower side, but which may also be of a rotating type or more generally mobile.
The contacting body or packing mass 10 consists of thin layers or sheets, which are advantageously folded or corrugated, and which are arranged vertically. The folds or ondulatior.s cross each other in adjacent layers. They support some con-
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be the others and are linked to each other at the points of contact by an appropriate linking agent. In the embodiment shown in Figure 1, water and air flow countercurrently through the contacting body 10. The corrugations form a steeply inclined angle with respect to the vertical direction, which is less than 30 to 40 and advantageously between 15 and 25 approximately.
In this figure, the lines 28 thus showing the corrugations of each second layer and the lines 30 show the corrugations of the layers disposed between them. So we get. in the horizontal and vertical directions of the channels or passages penetrating from one end of the contact body to the other, said channels or passages having a width varying continuously from zero at the points of contact between the layers up to 'twice the height of the corrugations. The height of the corrugations can reach from 1 to 7 millimeters or more. @
Most suitably diapers absorb liquid or water. They can advantageously be made of cellulose fibers or of a mineral material such as asbestos.
The strength of the sheets of cellulose or asbestos paper when wetted is maintained by impregnating them with a substance suitable for this purpose, for example a resin such as a phenolic resin. The layers can also be interconnected at the contact points by means of this resin. The layers can also be subjected to a treatment in a manner described in French Patent No. 1,346,112 of November 4, 1963.
Due to the peculiarity that the folds or corrugations cross each other, the air flowing rapidly from bottom to top continuously changes its direction of flow as it passes through the channels formed between the layers of the body. put in contact. The resulting turbulence or vortex is due to the strong inclination of the folds which
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has a favorable effect on contact with water and also with regard to air resistance which is kept at low values.
The water distributed from above on the anterior surface of the contacting body flows downwards along the layers in the form of a film in a sort of sinuous path with a very high reciprocal action coefficient. between fluids, calculated on the unit area of the layers, obtained in this way.
In the embodiment according to Figure 1, the layers are provided at their base with drip tabs 32, which according to the description of French patent no.113.829 of June 18, 1960, for example, are intended, when there are relatively small spacings between the layers, preventing obstruction of the lower parts of the channels or passages due to the influence of the surface tension exerted on the water.
The cooled water is withdrawn from the collecting space 14 through a pipe 34 regulated by a valve 36 disposed in the latter to transport it to a place of use, from where it is recirculated in a manner. designed for distributors 24 The level of the water in the collecting space is adjusted by a float mechanism 38 controlling the supply of fresh water to replace losses due to evaporation in the contacting body, for example.
In the embodiment shown in FIG. 2, the two fluids are passed in cross-flow through the two contacting bodies or packing masses 10.
The water is fed in the same way as in the previous embodiment through distributors 24 to the upper surface of the contacting bodies, and which flows along the layers with a sensing direction of flow.
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vertically. However, the air enters through orifices 40 located on the same level as a side edge of the contacting bodies and as indicated by arrows 42 44 has a substantially horizontal direction of flow. - tal through the gaps or channels existing between the contacting bodies.
In the embodiment of Figure 2, the contacting bodies have a rectangular profile and the folds or corrugations 28 of a group of layers have the same angle of inclination as the corrugations or folds 30 of the layer. another group of layers relative to the air inlet edge. However, the contact bodies are inclined due to the fact that they are supported by inclined supports 46 provided with openings 48 for the escape of water to the collecting space 14. In this way, the folds 30 are given. which are directed upwards, observing the direction of flow 42 of the air, a steeper angle of inclination with respect to the horizontal plane than if the support surface of the supports coincided with the horizontal plane.
Further, the inclination of the folds 28 which are directed downward, observing the direction of the air stream 42, is reduced. As a result of this arrangement, means are provided in the contacting body which cause a retaining effect on the water during its downward flow, thereby reducing as much as possible its tendency to be entrained by the water. air flow.
If it is thus assumed that the air flow is interrupted, the inclination of the contacting body results in the water flowing in a direction directed towards the side edge of the contacting body which. faces hole 40.
On the other hand, the air stream forces the water flowing downward to the air discharge side. According to the present invention these two factors compensate for each other so as to ensure a uniform distribution of the water over the entire surface of the contacting body.
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In the embodiment shown in Figures 3 and 4 the contacting body 10 is mounted so that its sides coincide with the horizontal plane and with the vertical plane, respectively. On the contrary, the folds have been given an inclination so that the folds 30 belonging to a group of layers form a greater angle with respect to the horizontal plane than the folds 28 belonging to the layers crossing the aforementioned group of layers. In this way, the same effect is obtained as with the previous embodiment.
In the embodiment shown in Figs. 2-4 the angle of inclination of the folds with respect to the air inlet side and the horizontal plane, respectively, is less than 45 such as 20 to 35.
The pleats 28 may extend horizontally and even have a slight upward tilt in the direction of air flow through the contacting body. The restraining component of the force acting on the water naturally becomes greater as the folds 30 tilt upward and less so as the folds 28 tilt downward. observing in the direction of air flow.
Figure 5 shows an embodiment of the type in which the folds or corrugations 28, 30 of all the layers slope upwards, looking in the direction of air flow indicated at 42, with the same angle or so. It is obvious that the angle between the adjacent layers is all the smaller as the passages become, narrower in the direction from top to bottom of the water. If the folds or corrugations press against each other along the entire length, the passage in the vertical direction even closes completely. For this reason we interrupt the contact
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existing between the layers by providing, for example, the ribs of the folds or undulations with evenly spaced recesses, notches or slits 46.
These recesses can be made by means of knives or similar tools after having closed the folds or corrugations. These recesses can be arranged in different configurations to ensure that the water is given a good distribution between the layers. These recesses or slots also help to disturb the flow of air by promoting its turbulence or swirling.
The liquid can be a saline solution such as a solution of a hygroscopic salt in water.
Instead of water, other liquids with high vapor pressure may come into consideration in some cases.
The present invention can also be applied to heating, for example water, in order to utilize the heat given off in an air stream.
The present invention is not limited to the embodiments. described and represented and is capable of receiving various variants falling within the scope and spirit of the invention.
CLAIMS.
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