Echangeur de chaleur par évaporation
La présente invention a pour objet un échangeur de chaleur par évaporation, caractérisé en ce qu'il comprend des organes comportant une surface d'échange agencée pour recevoir du fluide en vue d'en extraire la chaleur par évaporation, des moyens au-dessus de ces organes à surface d'échange pour permettre l'écoulement du liquide par gravité, des parois délimitant une cuvette au-dessous des organes à surface d'échange, une gaine dont l'embouchure décharge dans cette zone, un ventilateur soufflant de l'air à travers cette gaine et hors de l'embouchure vers la zone, une chicane allongée présentant à l'embouchure de décharge de la gaine une face concave s'étendant sur un arc de plus de 900,
le bord inférieur de cette chicane faisant saillie dans le courant d'air qui sort de ladite embouchure et le bord supérieur se terminant dans un plan horizontal au-dessus du plan horizontal d'au moins la partie de la gaine qui délimite cette embouchure.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une coupe verticale de cette forme d'exécution.
La fig. 2 est une coupe selon la ligne 2-2 de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue de côté prise de la droite de la fig. 1.
La fig. 4 est une vue en perspective d'un organe représenté à la fig. 2, et
la fig. 5 est une coupe selon la ligne 5-5 de la fig. 3.
L'échangeur de chaleur représenté au dessin est une tour de refroidissement dont la partie inférieure (cuvette) 11 est de forme trapézoïdale, en coupe de la fig. 1 et est délimitée par trois parois verticales 12, 13 et 18, une paroi inclinée 20 et une paroi de fond 21. Les parois 12, 13 et 18 sont sensiblement en concordance verticale avec les parois correspondantes des éléments modulaires 14, 15 et 16 disposés au-dessus (fig. 1). En raison de l'utilisation d'une paroi inclinée 20, la superficie au fond de la cuvette 11 est plus réduite que dans les plans horizontaux successifs plus élevés que ce fond. Dans la paroi inclinée 20, sont montées deux gaines circulaires 22 et 23 de ventilateurs, ces gaines contenant chacune un moyeu 24 et 25 respectivement à partir duquel s'étendent sept pales radiales 26. La forme des pales radiales 26 apparaît clairement sur la fig. 5.
Dans le moyeu 24 sont montés des paliers 27 qui reçoivent l'arbre 28 du ventilateur.
A la droite du moyeu 24, en observant la fig. 1, est monté un ventilateur d'air 29 à hélice à six pales qui est claveté à l'arbre 28, et à l'extrémité opposée de cet arbre 28 est montée une poulie 30 reliée par une courroie 31 à la double poulie 32 d'un moteur électrique 33 interposé entre la gaine 22 et la gaine 23. Des paliers 38 pour l'arbre 36 sont montés dans le moyeu 25. Le ventilateur 37 est calé sur l'arbre 36. Les ventilateurs 29 et 37 sont ainsi entrainés tous deux par le moteur 33 et, par suite du montage décrit des courroies et de la poulie, ces deux ventilateurs sont entraînés dans le même sens et à la meme vitesse.
L'air est admis dans les gaines 22 et 23 à travers des embouchures 39 et 40 respectivement, qui sont évasées suivant un arc d'environ 900 en vue de réduire la turbulence dans la zone annulaire externe des gaines, d'où rendement amélioré des ventilateurs. L'air sort des embouchures 41 et 42 des gaines 22 et 23 respectivement et son trajet est indiqué par des flèches A sur la fig. 1.
La paroi inclinée 20 délimite un espace S (fig. 1). Cet espace se trouve au-dessous des parois latérales de la partie supérieure 10 et, à l'exception de quelques petits décalages, en concordance verticale avec ces parois.
L'espace S recoit les parties des gaines 22 et 23 qui sont à l'extérieur de la paroi 20 et les pièces pouvant être disposées dans les parties des conduits situées à l'extérieur de la paroi 20. Cet espace loge également le moteur 33 et il en résulte qu'aucun organe du mécanisme des ventilateurs ne dépasse le plan extérieur de droite de la tour (en observant la fig. 1).
L'eau à refroidir est introduite à travers un collecteur 43 et tombe par gravité à travers la zone de refroidissement 10.
Pour réaliser le refroidissement efficace de volumes importants d'eau, la distribution de l'air sur la section transversale des éléments modulaires 14, 15 et 16 est très importante. On place à cet effet une chicane 48 qui est maintenue en place par des supports, non représentés, qui sont assujettis aux parois terminales de la cuvette 1 1 et, à mi-chemin de la longueur de la chicane, est installée une sangle 49 qui aboutit à la partie de la paroi 20 surplombant le moteur 33. La chicane 48 présente à l'air qui sort des gaines 22 et 23 une surface gauche s'étendant sur un arc supérieur à 900. Cette surface est profilée de manière à avoir pratiquement la section transversale d'une coquille de palourde. Le bord inférieur 50 de la chicane 48 dépasse dans la partie supérieure du courant d'air sensiblement cylindrique qui sort des-gaines 22 et 23.
Le bord supérieur 51 de la chicane 48 repose au-dessus du sommet des gaines 22 et 23 et, en fait, il est situé à la droite des embouchures 41 et 42 des gaines, telles qu'elles apparaissent sur la fig. 1. Sur la courbure externe de la chicane 48, à proximité de son bord inférieur 50, est montée une petite chicane 52 profilée en L.
A la gauche de la chicane 48, en observant la fig. 1, est disposée une autre chicane 53. Cette dernière s'étend sensiblement d'une paroi à l'autre en traversant la zone supérieure de la chambre de pression. La chicane 53 est une feuille plate, faisant un angle avec la verticale de manière à délimiter avec la paroi 18 un espace sensiblement triangulaire en section transversale, en laissant une fente étroite 53a dans le bas pour l'entrée de l'air et une fente 53b plus large sur le haut pour la sortie de l'air.
I1 convient maintenant d'attirer l'attention sur le fait que la surface concave de la chicane 48 fonctionne de manière à changer le sens de l'air soufflé contre cette surface (en supposant un écoulement de droite vers la gauche sur la fig. 1, c'est-à-dire que l'écoulement se fait ensuite de la gauche vers la droite (fig. 1) lorsque l'air quitte la chicane entre le bord supérieur 51 et la surface supérieure extérieure des gaines 22 et 23. Cette inversion de l'écoulement a pour but d'assurer que la surface du plafond humide 10 au-dessus des gaines 22 et 23 reçoive une alimentation en air adéquate.
De plus, l'air tend à suivre la surface extérieure de la chicane 48, cette caractéristique contribuant également à la régularité de la distribution de l'air (voir par exemple les flèches A sur la fig 1). I1 est important de signaler qu'en raison du fait que la chicane 48 est cintrée sur plus de 900, sa zone supérieure 48' tend à empêcher les quantités importantes d'eau tombant de la section de remplissage de venir en contact avec la surface concave de la chicane. Ainsi, l'air qui sort des gaines 22 et 23 balaie toute l'étendue de la chicane 48 et subit une inversion complète de direction, pendant que la partie supérieure 48' de la chicane maintient sèche la surface concave de cette chicane.
Le fait que la surface intérieure ou concave de la chicane 48 reste sèche permet d'empêcher tout drainage de l'eau dans les gaines des ventilateurs à partir de la face intérieure inférieure de la chicane. La chicane 52 est également un dispositif de protection contre l'eau dont le rôle est d'empêcher l'eau qui coule sur l'extérieur de la chicane 48 de pénétrer dans les gaines des ventilateurs. La chicane 52 dont la section transversale est en L a pour effet d'écarter l'eau de la surface extérieure de la chicane 48, cette eau tombant suivant un trajet plus ou moins vertical dans une zone très au-dessous des embouchures des conduits d'air. L'emplacement de la chicane 52 sur la surface extérieure de la chicane 48 est tel que le bord inférieur de la chicane 52 ne dépasse pas dans le courant d'air et ne gêne pas l'écoulement sur la surface extérieure.
L'échangeur décrit peut servir dans de nombreuses conditions de charge calorifique. On envisage également un fonctionnement dans des conditions climatiques très variables. Dans certaines conditions, il est possible de faire fonctionner l'échangeur pendant des intervalles relativement longs sans mettre en route les ventilateurs.
I1 en est ainsi, par exemple, lorsque l'environnement est à basse température ou lorsque la charge calorifique est faible, ou encore en présence de ces deux conditions simultanément. Un autre mode de fonctionnement consiste à faire tourner cycliquement les ventilateurs, c'est-à-dire qu'on les met en route lorsque la température de l'eau dans la cuvette atteint une valeur déterminée et qu'on les coupe une fois que la température de l'eau atteint la faible valeur désirée. Quand les ventilateurs ne sont pas en fonctionnement, ils sont particulièrement vulnérables à l'eau qui tombe de la zone 10.
C'est dans un tel cas que l'on peut pleinement apprécier un autre avantage de l'échangeur décrit. Quand les ventilateurs ne fonctionnent pas, la courbure à l'extrémité terminale supérieure 51 de la chicane 48 accomplit une fonction importante. En effet si cette courbure n'existait pas, une partie de l'eau tombant sur la partie supérieure 48' de la chicane 48 aurait tendance à contourner l'extrémité 51 et ensuite à s'écouler vers le bas le long de la surface concave de la chicane, pour aboutir finalement dans les gaines des ventilateurs. Cependant, la partie courbe 51 oblige l'eau à tomber en ligne droite depuis son extrémité et, par conséquent, à arriver sur l'extérieur des gaines cylindriques 22 et 23.
Ces gaines 22, 23 sont munies de lèvres en 54 qui canalisent l'eau suffisamment pour l'obliger à s'écouler depuis les cylindres en un mouvement circonférentiel et non de tomber de l'extrémité des cylindres avec un risque de pénétration dans les conduits. I1 convient de remarquer que les gaines 22 et 23 s'inclinent légèrement vers le bas depuis la droite jusqu'à la gauche, en observant la fig. 1. I1 en résulte que, si un brouillard quelconque pénètre dans la gaine, cette gaine se drainera d'elle-même.
La tour de refroidissement peut fonctionner à différentes vitesses moyennes d'air dans la zone de remplissage 10. On a trouvé par exemple qu'à une vitesse d'environ 150 mètres/minute ou moins, la chicane 48 est parfaitement suffisante pour assurer une bonne distribution d'air sur toute la section de remplissage 10. D'autre part, à des vitesses élevées, par exemple d'environ 180 mètres/minute, une faible partie de l'air tend à se canaliser le long du plan de la paroi 18 et de s'écouler vers le haut à travers cette partie de la zone 10 à une vitesse pouvant être élevée au point qu'une partie de l'eau est entraînée et passe à travers les éliminateurs de brouillard dans une zone localisée située immédiatement à la droite du plan de la paroi 18, en observant la fig. 1.
Pour empêcher ce phénomène et pour égaliser le courant d'air, on utilise la chicane 53. Son rôle est de provoquer une diffusion de l'air qui s'écoule de bas en haut entre la fente 53a et la fente 53b. Il en résulte une décéaération de l'air qui longe la paroi 18 et par conséquent, même si la vitesse moyenne de l'air dans la section de remplissage 10 est relativement élevée, on obtient néanmoins une bonne distribution de l'air.
On remarquera que l'un des effets dus à la paroi inclinée 20 est de réduire le bilan d'eau de l'installation.
Cette paroi inclinée permet également d'installer le moteur 33 des ventilateurs et les ventilateurs eux-mêmes sensiblement en dedans d'une projection verticale du plan rectangulaire du plafond humide 10 de l'appareil.
De plus, l'augmentation progressive de la section transversale de la zone de pression entre le niveau de l'eau et le premier module 14 permet une certaine récupération de pression statique dans le sens vertical d'écoulement de l'air.
La fig. 3 est une vue de face d'un appareil à plusieurs ventilateurs montrant la façon dont les divers ventilateurs peuvent être entraînés à partir d'un seul moteur qui est installé dans la zone au-dessous de la paroi inclinée 20.
I1 convient de faire remarquer qu'un tel appareil de refroidissement par évaporation peut être construit suivant toute capacité désirée, car il suffit pour cela d'assembler bout à bout des appareils identiques et obtenir ainsi une installation du type représenté sur la fig. 2, ou encore d'assembler des appareils similaires dos à dos de sorte qu'un appareil qui constitue une image vue dans un miroir de celui qui est représenté sur la fig. 1 se trouve sur la gauche de cette figure. Dans les installations importantes, on peut à la fois faire appel au montage dos à dos et au montage bout à bout.
Contrairement aux exemples représentés, la gaine amenant l'air du ventilateur dans la cuvette peut ne pas pénétrer dans cette dernière mais présenter son embouchure dans le plan de la paroi délimitant la cuvette.
Evaporative heat exchanger
The present invention relates to a heat exchanger by evaporation, characterized in that it comprises members comprising an exchange surface arranged to receive fluid with a view to extracting the heat therefrom by evaporation, means above these members with an exchange surface to allow the liquid to flow by gravity, walls delimiting a bowl below the members with an exchange surface, a sheath, the mouth of which discharges into this zone, a fan blowing the air through this sheath and out of the mouth towards the zone, an elongated baffle presenting at the discharge mouth of the sheath a concave face extending over an arc of more than 900,
the lower edge of this baffle projecting into the air stream which leaves said mouth and the upper edge terminating in a horizontal plane above the horizontal plane of at least the part of the sheath which delimits this mouth.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the object of the invention.
Fig. 1 is a vertical section of this embodiment.
Fig. 2 is a section taken along line 2-2 of FIG. 1.
Fig. 3 is a side view taken from the right of FIG. 1.
Fig. 4 is a perspective view of a member shown in FIG. 2, and
fig. 5 is a section taken along line 5-5 of FIG. 3.
The heat exchanger shown in the drawing is a cooling tower, the lower part (bowl) 11 of which is trapezoidal, in section of FIG. 1 and is delimited by three vertical walls 12, 13 and 18, an inclined wall 20 and a bottom wall 21. The walls 12, 13 and 18 are substantially in vertical alignment with the corresponding walls of the modular elements 14, 15 and 16 arranged above (fig. 1). Due to the use of an inclined wall 20, the surface area at the bottom of the bowl 11 is smaller than in the successive horizontal planes higher than this bottom. In the inclined wall 20, are mounted two circular fan ducts 22 and 23, these ducts each containing a hub 24 and 25 respectively from which extend seven radial blades 26. The shape of the radial blades 26 is clearly shown in FIG. 5.
In the hub 24 are mounted bearings 27 which receive the shaft 28 of the fan.
To the right of hub 24, observing fig. 1, there is mounted an air fan 29 with a six-blade propeller which is keyed to the shaft 28, and at the opposite end of this shaft 28 is mounted a pulley 30 connected by a belt 31 to the double pulley 32 d 'an electric motor 33 interposed between the sheath 22 and the sheath 23. Bearings 38 for the shaft 36 are mounted in the hub 25. The fan 37 is wedged on the shaft 36. The fans 29 and 37 are thus all driven two by the motor 33 and, as a result of the assembly described of the belts and the pulley, these two fans are driven in the same direction and at the same speed.
The air is admitted into the ducts 22 and 23 through the mouths 39 and 40 respectively, which are flared in an arc of about 900 in order to reduce the turbulence in the outer annular zone of the ducts, resulting in improved efficiency of the ducts. fans. The air leaves the openings 41 and 42 of the ducts 22 and 23 respectively and its path is indicated by arrows A in FIG. 1.
The inclined wall 20 defines a space S (FIG. 1). This space is located below the side walls of the upper part 10 and, with the exception of a few small offsets, vertically aligned with these walls.
The space S receives the parts of the ducts 22 and 23 which are outside the wall 20 and the parts which can be placed in the parts of the ducts located outside the wall 20. This space also houses the motor 33. and it follows that no member of the fan mechanism exceeds the outer right-hand plane of the tower (observing fig. 1).
The water to be cooled is introduced through a collector 43 and falls by gravity through the cooling zone 10.
To achieve the efficient cooling of large volumes of water, the distribution of air over the cross section of the modular elements 14, 15 and 16 is very important. For this purpose, a baffle 48 is placed which is held in place by supports, not shown, which are secured to the end walls of the bowl 1 1 and, halfway along the length of the baffle, a strap 49 is installed which ends at the part of the wall 20 overhanging the engine 33. The baffle 48 presents to the air which leaves the ducts 22 and 23 a left surface extending over an arc greater than 900. This surface is profiled so as to have practically the cross section of a clam shell. The lower edge 50 of the baffle 48 protrudes into the upper part of the substantially cylindrical air stream which emerges from the ducts 22 and 23.
The upper edge 51 of the baffle 48 rests above the top of the ducts 22 and 23 and, in fact, it is located to the right of the mouths 41 and 42 of the ducts, as they appear in FIG. 1. On the external curvature of the baffle 48, near its lower edge 50, is mounted a small baffle 52 profiled in L.
To the left of chicane 48, observing fig. 1, there is another baffle 53. The latter extends substantially from one wall to the other, passing through the upper zone of the pressure chamber. The baffle 53 is a flat sheet, at an angle with the vertical so as to define with the wall 18 a substantially triangular space in cross section, leaving a narrow slit 53a at the bottom for the entry of air and a slit 53b wider at the top for the air outlet.
Attention should now be drawn to the fact that the concave surface of the baffle 48 operates to change the direction of the air blown against this surface (assuming flow from right to left in Fig. 1). , that is to say that the flow then takes place from left to right (fig. 1) when the air leaves the baffle between the upper edge 51 and the upper outer surface of the ducts 22 and 23. This The purpose of reversing the flow is to ensure that the surface of the wet ceiling 10 above the ducts 22 and 23 receives an adequate supply of air.
In addition, the air tends to follow the outer surface of the baffle 48, this characteristic also contributing to the regularity of the distribution of the air (see for example the arrows A in FIG. 1). It is important to note that due to the fact that the baffle 48 is bent over more than 900, its upper area 48 'tends to prevent large amounts of water falling from the filling section from coming into contact with the concave surface. of the chicane. Thus, the air which leaves the ducts 22 and 23 sweeps the entire extent of the baffle 48 and undergoes a complete reversal of direction, while the upper part 48 'of the baffle keeps the concave surface of this baffle dry.
Keeping the interior or concave surface of the baffle 48 dry helps prevent water drainage into the fan ducts from the underside of the baffle interior. The baffle 52 is also a water protection device whose role is to prevent water flowing on the outside of the baffle 48 from entering the fan ducts. The baffle 52, the cross section of which is L-shaped, has the effect of removing water from the outer surface of the baffle 48, this water falling along a more or less vertical path in a zone far below the mouths of the conduits of 'air. The location of the baffle 52 on the exterior surface of the baffle 48 is such that the lower edge of the baffle 52 does not protrude into the air stream and obstruct the flow on the exterior surface.
The described exchanger can be used under many heat load conditions. It is also envisaged operation in very variable climatic conditions. Under certain conditions, it is possible to operate the exchanger for relatively long intervals without starting the fans.
This is the case, for example, when the environment is at low temperature or when the heat load is low, or else in the presence of these two conditions simultaneously. Another mode of operation consists in rotating the fans cyclically, that is to say that they are started when the temperature of the water in the bowl reaches a determined value and that they are switched off once the water temperature reaches the desired low value. When the fans are not running, they are particularly vulnerable to water falling from zone 10.
It is in such a case that one can fully appreciate another advantage of the exchanger described. When the fans are not running, the curvature at the upper terminal end 51 of the baffle 48 performs an important function. Indeed if this curvature did not exist, a part of the water falling on the upper part 48 'of the baffle 48 would tend to bypass the end 51 and then to flow downwards along the concave surface. of the baffle, to end up in the fan ducts. However, the curved part 51 forces the water to fall in a straight line from its end and, therefore, to arrive on the outside of the cylindrical sheaths 22 and 23.
These sheaths 22, 23 are provided with lips at 54 which channel the water sufficiently to force it to flow from the cylinders in a circumferential movement and not to fall from the end of the cylinders with a risk of penetration into the ducts. . It should be noted that the ducts 22 and 23 slope slightly downwards from the right to the left, observing FIG. 1. It follows that, if any mist enters the sheath, this sheath will drain by itself.
The cooling tower can operate at different average air velocities in the filling zone 10. For example, it has been found that at a speed of about 150 meters / minute or less, the baffle 48 is perfectly sufficient to ensure good distribution of air over the entire filling section 10. On the other hand, at high speeds, for example around 180 meters / minute, a small part of the air tends to channel along the plane of the wall 18 and to flow upwardly through that part of zone 10 at a speed which may be so high that part of the water is entrained and passes through the mist eliminators in a localized zone immediately after the line of the plane of the wall 18, observing FIG. 1.
To prevent this phenomenon and to equalize the air flow, the baffle 53 is used. Its role is to cause a diffusion of the air which flows from the bottom up between the slot 53a and the slot 53b. This results in deceaeration of the air which runs along the wall 18 and therefore, even if the average air speed in the filling section 10 is relatively high, a good distribution of the air is nevertheless obtained.
It will be noted that one of the effects due to the inclined wall 20 is to reduce the water balance of the installation.
This inclined wall also makes it possible to install the motor 33 of the fans and the fans themselves substantially within a vertical projection of the rectangular plane of the wet ceiling 10 of the device.
In addition, the gradual increase in the cross section of the pressure zone between the water level and the first module 14 allows some recovery of static pressure in the vertical direction of air flow.
Fig. 3 is a front view of a multi-fan apparatus showing how the various fans can be driven from a single motor which is installed in the area below the inclined wall 20.
I1 should be noted that such an evaporative cooling device can be built according to any desired capacity, because it suffices for this to assemble end to end identical devices and thus obtain an installation of the type shown in FIG. 2, or even to assemble similar devices back to back so that an apparatus which constitutes an image seen in a mirror of that which is represented in FIG. 1 is on the left of this figure. In large installations, both back-to-back and end-to-end mounting can be used.
Unlike the examples shown, the duct bringing air from the fan into the bowl may not penetrate into the latter but have its mouth in the plane of the wall delimiting the bowl.