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.