**ATTENTION** debut du champ DESC peut contenir fin de CLMS **.
REVENDICATIONS
1. Dispositif de refroidissement d'air, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens pour pulvériser de l'eau de refroidissement dans un compartiment de refroidissement d'air, dans lequel cette eau est mise en contact direct avec l'air d'entrée à refroidir.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre des moyens pour renvoyer dans les moyens de pulvérisation l'eau passant à travers le compartiment de refroidissement d'air.
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le comportement de refroidissement d'air comprend une masse de remplissage sur laquelle l'eau de refroidissement est pulvérisée de maniére que sa mise en contact avec l'air d'entrée s'effectue sur la surface de cette masse.
4. Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que les moyens pour renvoyer l'eau dans les moyens de pulvérisation comprennent un réservoir et une pompe de circulation.
5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre des moyens de régulation de la température de sortie de l'air refroidi.
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les moyens de régulation de la température de l'air comprennent un détecteur de température.
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les moyens de régulation de la température de l'air comprennent des myoens de réglage du débit de l'eau de refroidissement en fonction de la température relevée par le détecteur.
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les moyens de pulvérisation comprennent au moins un ajutage muni d'une soupape de régulation du débit de l'eau, et par le fait que les moyens de réglage du débit de l'eau de refroidissement comprennent des moyens pour commander cette soupape en fonction de la température relevée par le détecteur.
9. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les moyens de pulvérisation comprennent une pluralité d'ajutages disposés en ligne et un moteur de torsion, couplé au détecteur de température et agencé de manière à faire tourner la ligne d'ajutages en réponse à la détection de la température.
10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'il comprend un conduit de refroidissement d'air dans lequel s'effectue la mise en contact directe de l'eau de refroidissement pulvérisée avec l'air d'entrée de manière à provoquer le refroidissement de l'air par échange thermique avec l'eau, un conduit de dérivation de l'air à travers lequel l'air d'entrée circule sans être refroidi, des moyens pour diviser l'air introduit dans le dispositif en deux fractions, la première s'écoule dans le conduit de refroidissement et la deuxième s'écoule dans le conduit de dérivation, et des moyens pour combiner ces deux fractions, après leurs passages respectifs dans le conduit de refroidissement et le conduit de dérivation, en un courant d'air refroidi de sortie du dispositif.
11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre des moyens de régulation de la quantité d'air qui s'écoule dans le conduit de dérivation.
12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé par le fait que les moyens de régulation de la température de l'air refroidi comprennent des moyens pour détecter la température du courant d'air de sortie et des moyens de régulation du débit de l'air qui s'écoule dans le conduit de dérivation en fonction de la température relevée par ces moyens de détection.
13. Dispositif selon l'une des revendications 11 ou 12, caractérisé par le fait que les moyens de régulation de la quantité d'air qui s'écoule dans le conduit de dérivation sont disposés dans ce conduit.
14. Dispositif selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisé par le fait que les moyens de régulation de la quantité d'air qui s'écoule dans le conduit de dérivation comprennent une soupape à papillon, commandée par les moyens de détection de la température de l'air refroidi de sortie.
La présente invention a pour objet un dispositif de refroidissement d'air sec et à température élevée.
Il est de pratique courante, dans les aciéries ou dans les installations industrielles du même genre, d'admettre de l'air extérieur, ayant une température relativement basse, à travers un filtre à air, dans un compartiment renfermant différentes parties d'un appareillage électrique, afin de les refroidir.
On a récemment construit diverses usines, telles que des aciéries, dans des pays ayant un climat sec et chaud, par exemple les pays du
Proche-Orient. Dans de tels pays, I'admission directe, c'est-à-dire sans refroidissement, d'air extérieur sec et chaud dans le compartiment mentionné ci-dessus peut avoir pour conséquence le fait que la température peut s'élever à 50 C, ou davantage, dans ce compartiment, ce qui dépasse les valeurs généralement admissibles, par exemple 40 C, au-delà desquelles les appareils contenus dans ce compartiment sont susceptibles de subir des effets nuisibles. En vue d'éliminer ces difficultés, on peut utiliser un échangeur de chaleur comprenant un certain nombre de tubes de refroidissement à eau disposés entre un filtre à air et un ventilateur aspirant l'air dans le compartiment.
On utilise, non seulement dans les pays du Proche-Orient mais également dans de nombreux pays répartis dans le monde entier, des échangeurs de chaleur multitubulaires dans certaines installations chimiques industrielles de type spécial et dans le cas où l'on désire, par exemple, récupérer les gaz d'échappement de chaudière, application dans laquelle il est nécessaire de refroidir de l'air sec à haute température.
Cependant, dans un appareil de type usuel pour le refroidissement d'air sec à haute température, utilisant la conduction thenni- que indirecte entre l'eau et l'air, I'effet de refroidissement de l'air n'est pas très élevé, ce qui entraîne la nécessité d'augmenter les dimensions et le poids de l'appareil de refroidissement d'air d'où il résulte que l'installation occupe un volume important. En outre, un appareil de refroidissement d'air utilisant un échangeur thermique multitubulaire nécessite la mise en circulation d'une grande quantité d'eau de refroidissement en un seul passage ou dans un circuit à écoulement continu.
En outre, I'entretien de l'échangeur thermique est extrêmement laborieux du fait qu'il est nécessaire de nettoyer les tubes de refroidissement à eau qui ont une forme complexe.
L'invention a donc pour but de fournir un appareil de refroidissement d'air permettant de réduire la quantité d'eau de refroidissement utilisée pour refroidir l'air d'admission.
L'invention a également pour but de fournir un dispositif de refroidissement d'air ayant des dimensions et un poids plus réduits et nécessitant un espace moindre pour son intallation par rapport aux dispositifs de refroidissement connus.
L'invention a également pour but de fournir un dispositif de refroidissement d'air du type susmentionné, nécessitant un entretien minimal des canalisations de circulation de l'eau de refroidissement,
ayant une consommation d'énergie réduite et permettant de diminuer la quantité de poussière dans l'air de refroidissement sans nécessiter la préparation d'un filtre à air spécial.
A cet effet, le dispositif selon l'invention présente les caractéristiques spécifiées dans la revendication 1.
De préférence, ce dispositif comprend également des moyens pour envoyer l'eau provenant du compartiment de refroidissement
dans les moyens de pulvérisation d'eau. Le compartiment de refroi
dissement d'air peut comprendre une masse de remplissage sur la
quelle l'eau de refroidissement est pulvérisée de manière que sa mise en contact avec l'air d'entrée s'effectue sur la surface de cette masse.
Conformément à une forme d'exécution particulièrement avantageuse du dispositif, celui-ci comprend, en outre, des moyens de régulation de la température de sortie de l'air refroidi. Par exemple, ces moyens de régulation peuvent comprendre un détecteur de la tempé
rature de l'air refroidi et des moyens de réglage du débit de l'eau de
refroidissement en fonction de la température relevée par ce détec
teur. En variante, on peut régler, en fonction de la température rele
vée par ce détecteur, la quantité d'air d'entrée soumise à l'échange thermique avec l'eau de refroidissement.
Conformément à une forme d'exécution particulière du dispositif, celui-ci comprend une pluralité d'ajutages montés sur un cadre pivotant dans la partie ou s'effectue le refroidissement de l'air. On fait tourner ce cadre, en fonction de la température relevée par le détecteur, de manière à régler la quantité d'air d'admission venant en contact avec l'eau de refroidissement provenant des ajutages, ce qui permet de régler la température de l'air refroidi.
Selon une autre forme de réalisation du dispositif, celui-ci comprend un conduit de refroidissement d'air dans lequel est logé l'organe de refroidissement d'air et les moyens de pulvérisation de l'eau de refroidissement, et un conduit de dérivation de l'air, à travers lequel l'air d'admission peut circuler sans être mis en contact avec l'eau de refroidissement. Dans cette dernière forme d'exécution, I'air refroidi et l'air non refroidi, circulant à travers ces deux conduits respectifs, sont combinés ensemble et la température globale de l'air ainsi combinée est réglée en agissant sur la quantité d'air admise à circuler à travers le conduit de dérivation, le tout en fonction de la température relevée par le détecteur.
On va maintenant décrire, à titre d'exemple, quelques formes d'exécution du dispositif selon l'invention, en se référant au dessin annexé, dans lequel:
La fig. 1 est une vue schématique, en coupe verticale, du dispositif, selon une forme d'exécution particulièrement avantageuse de celui-ci;
la fig. 2 et un diagramme permettant d'expliciter le fonctionnement du dispositif;
les fig. 3 et 4 sont des coupes schématiques, vues en plan, du dispositif, conformément à une autre forme d'exécution particulièrement avantageuse de celui-ci, et
la fig. 5 est une coupe schématique, vue en plan, du dispositif, selon encore une autre forme d'exécution particulièrement avantageuse de celui-ci.
Dans les différentes figures du dessin, on utilise les mêmes chiffres de référence pour désigner des parties identiques ou correspondantes du dispositif. Le dispositif représenté à la fig. 1 comprend un capot contenant un organe de refroidissement d'air comprenant une masse de remplissage 2. La masse de remplissage 2 sert de matière d'échange thermique entre l'air et l'eau qui sont mis en contact direct l'un avec l'autre, cette masse de remplissage étant, de préférence, en une substance inactive chimiquement et résistante à la corrosion. La masse de remplissage 2 permet l'obtention d'une grande surface spécifique par unité de poids et elle peut être constituée, par exemple, par des feuilles parallèles de tissus, des treillis de fils ou des plaques métalliques ou en résines synthétiques.
Au-dessus de la masse de remplissage 2 sont disposés des myoens de pulvérisation d'eau de refroidissement dans cette masse de remplissage 2, ces moyens étant, par exemple, constitués par un dispositif de pulvérisation d'eau 3. Un réservoir d'eau 4 est disposé en dessous de la masse de remplissage 2 de manière à recevoir l'eau tombant de cette dernière. Une prise d'air 5 est disposée dans la paroi de l'un des côtés du capot 1 afin de permettre l'introduction de l'air d'admission à refroidir A, une sortie d'air 6 étant disposée dans la paroi du côté opposé du capot 1.
En face de la sortie de l'air 6 se trouve un ventilateur 7 permettant d'envoyer l'air refroidi A' dans le compartiment contenant l'appareillage électrique ou des appareillages du même genre à refroidir (non représentés au dessin) qui se trouvent à l'extérieur du capot 1, ainsi qu'un dispositif d'élimination d'eau 8 qui permet d'éviter l'introduction de gouttelettes d'eau de refroidissement dans le compartiment contenant l'appareillage électrique. Le réservoir d'eau 4 est raccordé au dispositif de pulvérisation d'eau de refroidissement 3 par l'intermédiaire d'un circuit de recyclage de l'eau de refroidissement. Un dispositif de remplissage d'eau 12 est raccordé au réservoir d'eau 4 afin de compléter le volume d'eau de refroidissement lorsque son niveau vient à s'abaisser.
Le dispositif de pulvérisation d'eau 3 comprend des ajutages de pulvérisation 14a, 14b, 14c et 14d, qui sont chacun munis d'une soupape de réglage du débit d'eau 13a, 13b, 13c et 13d, respectivement. Un détecteur de la température de l'air 15 est placé au voisinage de la sortie d'air 6. Le signal de sortie de ce détecteur de température 15 est introduit dans un appareil de réglage 16 agissant sur les soupapes de réglage du débit d'eau 13a, 13b, 13c et 13d.
Lors du fonctionnement du dispositif, I'eau de refroidissement est pompée par la pompe 10 à partir du réservoir 4 vers le dispositif de pulvérisation 3, à travers le tuyau 11, et elle est pulvérisée vers le bas, à partir des ajutages 14a, 14b, 14c et 14d, du dispositif de pulvérisation 3, sur la masse de remplissage 2, I'air d'admission A à refroidir étant introduit dans le capot 1, par l'orifice d'admission 5, grâce à l'action du ventilateur 7. L'eau pulvérisée vers le bas et l'air circulant à travers la masse de remplissage 2 sont mis en contact direct l'un avec l'autre, sur la surface de la masse de remplissage 2, de sorte qu'il se produit un échange thermique entre l'air et l'eau.
Le dispositif de pulvérisation d'eau 3 et la masse de remplissage 2 sont agencés de telle manière que la surface de contact entre l'eau de refroidissement pulvérisée dans la masse de remplissage 2 à partir du dispositif de pulvérisation 3 et l'air circulant à travers la masse de remplissage 2 a une valeur élevée de sorte que l'air d'admission A est efficacement refroidi par contact direct avec l'eau. L'air refroidi passe ensuite à travers le dispositif d'élimination d'eau 8 afin d'éliminer les gouttelettes d'eau qu'il contient et il est fourni au compartiment renfermant l'appareillage électrique à refroidir (non représenté), sous l'action du ventilateur 7, par l'orifice de sortie d'air 6, sous forme d'air refroidi A'.
Au cours de l'opération d'échange thermique dans la masse de remplissage 2, décrite ci-dessus, une certaine partie de l'eau de refroidissement s'évapore dans l'air, mais le reste de cette eau tombe dans le réservoir d'eau 4 situé sous la masse de remplissage 2. L'eau recueillie dans le réservoir d'eau 4 est remise en circulation dans la dispositif de pulvérisation d'eau 3 au moyen de la pompe 10. Toutefois, quand l'eau pulvérisée est mise en contact direct avec l'air de la masse de remplissage 2, différentes substances étrangères, telles que de la poussière, contenue dans l'air, sont transportées dans l'eau et recueillies dans le réservoir d'eau 4. Le filtre épurateur 9, disposé dans la canalisation 11, empêche la remise en circulation de la poussière dans le dispositif de pulvérisation d'eau 3.
Lorsque le dispositif de refroidissement d'air est utilisé pendant une longue période, la quantité d'eau dans le réservoir d'eau 4 diminue, de sorte que son niveau s'abaisse, du fait de l'évaporation de l'eau dans l'air où elle est entraînée. Le dispositif de remplissage d'eau 12 permet de compenser la perte d'eau.
Le diagramme de la fig. 2 permet d'expliquer l'effet de refroidissement de l'air humide. Pour cette explication, on admettra que l'air
A à refroidir, qui est sec et à température élevée, se trouve, par exemple, dans l'état représenté par le point B (la température du thermomètre à boule sèche de l'hygromètre étant de 43 C, et la valeur de l'humidité relative étant de 29%, comme indiqué ci-dessous sous la forme: 43 C, 29%) ce point se trouvant sur une ligne d'enthalpie constante (20,4 kcal/kg). L'air A est mis en contact avec l'eau pulvérisée de manière à provoquer l'échange thermique avec celle-ci, de sorte que l'air est ainsi refroidi et se trouve dans un état stable.
Si l'air qui se trouve dans la mase de remplissage 2 est dans un état stable, on peut considérer cet état comme un état adiabatique, L'échange thermique entre l'eau de pulvérisation et l'air devenant nul. Dans cet état stable, I'air passe du point à basse humidité
B (43 C, 29%) au point d'humidité saturée D (26,8 C, 100%), situé sur la même ligne d'enthalpie constante (20,4 kcal/kg), et il atteint finalement, par exemple, I'état représenté par le point C (35 C, 54%), déterminé par les caractéristiques de la masse de remplissage 2.
Tout en se trouvant dans l'état stable, I'eau ne subissant également pas d'échange thermique avec l'air, I'état de l'eau se rapproche du point d'humidité saturée D (26,8 C, 100%), de sorte que la ligne d'humidité saturée et la ligne d'enthalpie constante (20,4 kcal/kg) se croisent.
Lorsque la température de l'eau vaporisée au début de la mise en marche de l'appareil est plus élevée que celle du point D, par exem ple lorsque l'eau se trouve dans l'état représenté par le point E, la quantité de chaleur prélevée à l'eau vaporisée, sous forme de chaleur latente de vaporisation, est plus grande que la chaleur sensible de la même quantité d'eau, ce qui provoque l'abaissement de la température de vaporisation. Par conséquent, le point représentatif de l'état de l'eau se déplace en D. Inversement, si la température de début de l'eau vaporisée est inférieure à celle du point D, par exemple lorsque l'eau se trouve dans l'état représenté par le point F, la chaleur sensible de l'eau vaporisée est supérieure à la chaleur latente consommée lors de la vaporisation d'une partie de l'eau.
La température de l'eau vaporisée tend donc à s'élever en direction du point D. Dans chacun des cas susmentionnés, I'air sortant par l'orifice 6 se trouve, respectivement, dans l'état représenté par le point G ou par le point H, au début de la mise en marche de l'appareil.
Dans le dispositif de refroidissement d'air qui vient d'être décrit, la température de l'eau de refroidissement atteint un état stable au bout d'un certain temps après la mise en marche. La température de l'air de sortie atteint également un état stable au bout d'un certain temps. L'air refroidi se trouve dans un état correspondant à la même ligne d'enthalpie constante que le point représentatif de l'état de l'air d'admission à refroidir, cet état étant déterminé par les caractéristiques de la masse de remplissage. Ainsi, la température de l'air à refroidir, déterminée d'après la température du thermomètre à boule sèche de l'hygromètre, diminue et l'humidité relative augmente.
Dans le dispositif de refroidissement d'air qui vient d'être décrit, la quantité de la masse de remplissage 2 est déterminée en fonction des conditions dans lesquelles se trouve l'air extérieur pour une température correspondant au maximum annuel de la température de thermomètre à boule sèche. Ainsi, si l'on fait fonctionner l'appareil sans tenir compte du changement de température de l'air extérieur, lorsque la température de l'air extérieur diminue, la température de l'air à l'orifice de sortie prend une valeur inférieure à celle qu'il est nécessaire d'obtenir et l'humidité relative prend une valeur supérieure à la valeur requise.
Cependant, le dispositif de pulvérisation d'eau 3 de l'appareil représenté à la fig. 1 comporte des ajutages de pulvérisation d'eau 14a, 14b, 14c et 14d, commandés, respectivement, par les soupapes de régulation du débit d'eau 13a, 13b, 13c et 13d. Ainsi, il est possible d'éviter un refroidissement excessif de l'air de sortie en commandant les soupapes de régulation du débit d'eau 13a, 13b, 13c et 13d, au moyen du dispositif de régulation du débit d'eau 16, en fonction de la température de l'air relevée par le détecteur de température 15, au voisinage de l'orifice de sortie de l'air.
Ainsi, si la température de l'air d'admission A à refroidir diminue, celle de l'air refroidi A' diminue également. La température de l'air est relevée par le détecteur de température 15 au voisinage de l'orifice de sortie 6, ce qui permet d'engendrer un signal envoyé au dispositif de réglage 16. Par conséquent, si le signal de température du détecteur de température 15 correspond à une valeur inférieure à une température déterminée, le dispositif de réglage 16 engendre un signal de sortie qui provoque la fermeture de certaines soupapes convenablement choisies parmi les soupapes 13, en fonction de la température de l'air de sortie A', relevée par le détecteur de température, et l'ouverture des soupapes restantes de façon à obtenir le débit maximal pour ces soupapes.
L'eau provenant des ajutages de pulvérisation 14 qui correspondent aux soupapes ouvertes 13 est pulvérisée sur la surface de la masse de remplissage 2. La diminution du nombre des ajutages de pulvérisation en service se traduit par la diminution de la surface de contact entre l'eau et l'air dans la masse de remplissage 2, ce qui provoque une diminution de l'effet de refroidi sement et une augmentation de la température de l'air, au voisinage de l'orifice de sortie 6, jusqu'à une valeur prédéterminée.
D'autre part, si la température de l'air extérieur augmente, la température de l'air A' au voisinage de l'orifice de sortie 6 augmente de manière correspondante, de sorte que les soupapes de réglage de débit d'eau 13a, 13b, 13c et 13d qui avaient été préalablement fermées sont successivement ouvertes. Cela provoque une augmentation de l'effet de refroidissement et une diminution de la température de l'air A' au voisinage du ventilateur de l'orifice de sortie 6, jusqu'à la valeur prédéterminée. Comme décrit ci-dessus, la température de l'air, au voisinage de l'orifice de sortie 6, est fixée au voisinage d'une valeur prédéterminée par réglage de la quantité d'eau vaporisée sur la masse de remplissage 2, en fonction de la température de l'air relevée au voisinage de l'orifice de sortie 6.
Les fig. 3 est 4 représentent une autre forme d'exécution du dispositif de refroidissement d'air selon l'invention. Conformément à cette forme d'exécution, les moyens de vaporisation de l'eau de refroidissement dans la masse de remplissage 2, constitués, par exemple, par un dispositif de pulvérisation 3A, sont disposés horizontalement, transversalement à la direction d'écoulement de l'air d'admission A à travers le dispositif. Le dispositif de pulvérisation d'eau 3A comprend des ajutages de pulvérisation 3a répartis sur sa longueur.
Un moteur de torsion 20, placé au point de pivotement du dispositif de pulvérisation 3A, permet de faire tourner ce dispositif autour d'un axe vertical. Le moteur de torsion 20 est commandé par le signal de sortie d'un dispositif de réglage 1 6A, de manière à permettre la régulation de la température de l'air refroidi A'. Le dispositif de réglage 16A engendre un signal de commande du moteur, en fonction du signal de température provenant du détecteur de température 15, ce qui permet de régler la position de rotation de l'arbre du moteur et, en conséquence, la position angulaire du dispositif de pulvérisation 3A par rapport à la masse de remplissage 2.
Si la température de l'air extérieur correspond à la valeur maximale prédéterminée lors de la construction du dispositif de refroidissement d'air, la température de l'air au voisinage du détecteur 15 prend également une valeur élevée. Le détecteur de température 15 engendre alors un signal de détection de température qui est envoyé au dispositif de réglage 16A. Le dispositif de pulvérisation d'eau 3A est mis en rotation par le moteur de torsion 20 jusqu'à une position déterminée en fonction du signal de sortie de l'appareil de réglage 1 6A qui est telle que le dispositif de vaporisation 3A se trouve disposé perpendiculairement à la direction d'écoulement de l'air représentée à la fig. 3.
Lorsque le dispositif de vaporisation d'eau 3A se trouve dans cette position, toutes les surfaces de la masse de remplissage 2 se trouvent arrosées par l'eau de refroidissement et l'effet de refroidissement est maximal.
Par contre, lorsque la température de l'air extérieur diminue, la température de l'air au voisinage des orifices de sortie diminue également. Le moteur de torsion 20 reçoit alors du dispositif de réglage 16A un signal de commande de rotation correspondant à la mise du dispositif de pulvérisation 3A dans une position faisant un certain angle avec la direction d'écoulement de l'air, par exemple celle qui est représentée à la fig. 4. Lorsque le dispositif de pulvérisation d'eau 3A se trouve dans cette position, une partie de la surface de la masse de remplissage 2 n'est pas arrosée par l'air de refroidissement, et l'effet de refroidissement diminue.
Comme décrit ci-dessus, la température de l'air au voisinage de l'orifice de sortie 6 est fixée à une valeur proche de la valeur prédéterminée en faisant varier la surface arrosée de la masse de remplissage 2 en fonction de la température détectée par le détecteur 15.
Dans la forme d'exécution du dispositif de refroidissement d'air représentée à la fig. 5, I'intérieur du capot 1 est divisé en deux conduits par une paroi de séparation 21. L'un de ces conduits, qui constitue un conduit de refroidissement d'air, est muni d'une masse de remplissage 2 et d'un dispositif d'élimination d'eau 8. Bien entendu, ce conduit comprend également un dispositif de pulvérisation d'eau qui n'est pas représenté. L'autre conduit est un conduit de dérivation 22 permettant la mise en dérivation d'une partie de l'air d'admission provenant de l'orifice d'admission 5 de manière à éviter le passage de cet air à travers la masse de remplissage 2. Le conduit de dérivation d'air 22 comprend des moyens de réglage du débit d'air dans ce conduit, par exemple une soupape à papillon 23, qui sont commandés par un dispositif de réglage du débit d'air 17.
La température de l'air au voisinage de l'orifice de sortie 6 est relevée par le détecteur de température 15 qui envoie un signal de température correspondant au dispositif de réglage du débit d'air 17 qui engendre à son tour un signal de sortie permettant de régler la position de la soupape à papillon 23. Lorsque la température relevée par le détecteur 15 est inférieure à une valeur prédéterminée, L'appareil de réglage du débit d'air 17 engendre un signal de sortie envoyé à la soupape à papillon 23 de façon à augmenter le degré d'ouverture de cette dernière. Ainsi, une partie de l'air introduit dans l'orifice d'admission 5 s'écoule à travers le conduit de dérivation 22, ce qui provoque la diminution du débit de l'air qui s'écoule dans le conduit de refroidissement.
En conséquence, une certaine partie de l'air introduit par l'orifice d'admission 5 s'écoule dans le conduit de dérivation sous forme d'air chaud et sec sans être mis en contact direct avec l'eau de refroidissement et il est mélangé ensuite avec l'air refroidi qui a passé à travers le conduit de refroidissement. Ainsi la température de l'air au voisinage de l'orifice de sortie 6 s'élève en se rapprochant de la valeur prédéterminée et l'humidité relative de cette masse d'air diminue.
Conformément aux formes d'exécution décrites ci-dessus, le dispositif ne comprend qu'un seul ensemble de refroidissement d'air ou un seul conduit de refroidissement, mais il est bien entendu que ce dispositif pourrait comprendre une pluralité de conduits de refroidissement d'air disposés en parallèle ou en série. Le conduit de refroidissement d'air pourrait également être agencé de façon que la mise en contact de l'air s'effectue directement avec l'eau vaporisée, sans utilisation d'une masse de remplissage.
Les formes d'exécution du dispositif décrites ci-dessus comprennent des moyens permettant de remettre en circulation l'eau en direction des moyens d'évaporation d'eau de la partie de refroidissement d'air, ces moyens comprenant un réservoir et des moyens pour faire circuler l'eau de ce réservoir au moyen de pulvérisation. Il est cependant bien entendu que l'invention n'est nullement limitée par cette caractéristique. Par exemple, on pourrait utiliser un dispositif de vaporisation d'eau ne comportant pas de soupape de régulation du débit d'eau et on pourrait régler la vitesse de rotation de la pompe en fonction du signal de sortie d'un dispositif de réglage du débit de l'eau.
On pourrait également utiliser une soupape à papillon, disposée à l'entrée du conduit de dérivation de l'air, pour régler le débit de l'air dans ce conduit, ou bien on pourrait également utiliser une ou plusieurs soupapes à papillon, disposées dans le conduit de refroidissement d'air, pour effectuer la régulation du degré de refroidissement.
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CLAIMS
1. Air cooling device, characterized in that it comprises means for spraying cooling water into an air cooling compartment, in which this water is brought into direct contact with the air d entry to cool.
2. Device according to claim 1, characterized in that it further comprises means for returning to the spraying means the water passing through the air cooling compartment.
3. Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the air cooling behavior comprises a filling mass on which the cooling water is sprayed so that it comes into contact with the air of entry takes place on the surface of this mass.
4. Device according to one of claims 2 or 3, characterized in that the means for returning the water to the spraying means comprise a reservoir and a circulation pump.
5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that it further comprises means for regulating the outlet temperature of the cooled air.
6. Device according to claim 5, characterized in that the means for regulating the air temperature comprise a temperature detector.
7. Device according to Claim 6, characterized in that the means for regulating the air temperature comprise means for adjusting the flow rate of the cooling water as a function of the temperature detected by the detector.
8. Device according to claim 7, characterized in that the spraying means comprise at least one nozzle provided with a valve for regulating the flow of water, and by the fact that the means for adjusting the flow of cooling water comprise means for controlling this valve as a function of the temperature detected by the detector.
9. Device according to claim 6, characterized in that the spraying means comprise a plurality of nozzles arranged in line and a torsion motor, coupled to the temperature detector and arranged so as to rotate the line of nozzles response to temperature detection.
10. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that it comprises an air cooling duct in which takes place the direct contact of the sprayed cooling water with the air d inlet so as to cool the air by heat exchange with water, an air bypass duct through which the inlet air flows without being cooled, means for dividing the air introduced in the device in two fractions, the first flows in the cooling duct and the second flows in the bypass duct, and means for combining these two fractions, after their respective passages in the cooling duct and the duct bypass, in a stream of cooled air leaving the device.
11. Device according to claim 10, characterized in that it further comprises means for regulating the amount of air flowing in the bypass duct.
12. Device according to claim 11, characterized in that the means for regulating the temperature of the cooled air comprise means for detecting the temperature of the outlet air stream and means for regulating the air flow which flows in the bypass duct as a function of the temperature detected by these detection means.
13. Device according to one of claims 11 or 12, characterized in that the means for regulating the amount of air flowing in the bypass duct are arranged in this duct.
14. Device according to one of claims 11 to 13, characterized in that the means for regulating the amount of air flowing in the bypass duct comprise a butterfly valve, controlled by the means for detecting the temperature of the cooled outlet air.
The present invention relates to a device for cooling dry air at high temperature.
It is common practice in steel mills or similar industrial installations to admit outside air, having a relatively low temperature, through an air filter, into a compartment containing different parts of an apparatus. electric, to cool them.
Several factories, such as steel mills, have recently been built in countries with dry and hot climates, such as
Middle East. In such countries, the direct admission, i.e. without cooling, of dry and hot outside air into the above-mentioned compartment can result in the fact that the temperature can rise to 50 C , or more, in this compartment, which exceeds the generally admissible values, for example 40 C, beyond which the devices contained in this compartment are liable to suffer harmful effects. In order to eliminate these difficulties, it is possible to use a heat exchanger comprising a number of water cooling tubes arranged between an air filter and a fan which draws air into the compartment.
Multitubular heat exchangers are used not only in the countries of the Near East but also in many countries throughout the world in certain industrial chemical installations of special type and in the case where it is desired, for example, recover boiler exhaust gases, application in which it is necessary to cool dry air at high temperature.
However, in an apparatus of the usual type for cooling dry air at high temperature, using the indirect thermal conduction between water and air, the effect of cooling the air is not very high. , which leads to the need to increase the dimensions and the weight of the air cooling apparatus, which results in the installation occupying a large volume. In addition, an air cooling apparatus using a multi-tube heat exchanger requires circulating a large amount of cooling water in a single pass or in a continuous flow circuit.
In addition, the maintenance of the heat exchanger is extremely laborious because it is necessary to clean the water cooling tubes which have a complex shape.
The invention therefore aims to provide an air cooling device for reducing the amount of cooling water used to cool the intake air.
The invention also aims to provide an air cooling device having reduced dimensions and weight and requiring less space for its installation compared to known cooling devices.
The invention also aims to provide an air cooling device of the aforementioned type, requiring minimal maintenance of the cooling water circulation pipes,
having a reduced energy consumption and making it possible to decrease the amount of dust in the cooling air without requiring the preparation of a special air filter.
To this end, the device according to the invention has the characteristics specified in claim 1.
Preferably, this device also comprises means for sending the water coming from the cooling compartment
in the means for spraying water. The cooling compartment
air flow can include a filling mass on the
which cooling water is sprayed so that it comes into contact with the inlet air on the surface of this mass.
According to a particularly advantageous embodiment of the device, it further comprises means for regulating the outlet temperature of the cooled air. For example, these regulating means may include a temperature detector
stripping of the cooled air and means for adjusting the flow rate of the
cooling as a function of the temperature detected by this detection
tor. Alternatively, you can adjust, depending on the temperature
V aided by this detector, the quantity of inlet air subjected to heat exchange with the cooling water.
According to a particular embodiment of the device, it comprises a plurality of nozzles mounted on a pivoting frame in the part where the air cooling takes place. This frame is rotated, as a function of the temperature detected by the detector, so as to adjust the quantity of intake air coming into contact with the cooling water coming from the nozzles, which makes it possible to adjust the temperature of the air cooled.
According to another embodiment of the device, it comprises an air cooling duct in which is housed the air cooling member and the means for spraying the cooling water, and a bypass duct for air, through which the intake air can circulate without being in contact with the cooling water. In this latter embodiment, the cooled air and the uncooled air, circulating through these two respective conduits, are combined together and the overall temperature of the air thus combined is adjusted by acting on the quantity of air. allowed to flow through the bypass duct, all according to the temperature detected by the detector.
We will now describe, by way of example, some embodiments of the device according to the invention, with reference to the appended drawing, in which:
Fig. 1 is a schematic view, in vertical section, of the device, according to a particularly advantageous embodiment thereof;
fig. 2 and a diagram for explaining the operation of the device;
fig. 3 and 4 are schematic sections, seen in plan, of the device, in accordance with another particularly advantageous embodiment of the latter, and
fig. 5 is a schematic sectional view in plan view of the device, according to yet another particularly advantageous embodiment thereof.
In the various figures of the drawing, the same reference numbers are used to designate identical or corresponding parts of the device. The device shown in fig. 1 comprises a cover containing an air cooling member comprising a filling mass 2. The filling mass 2 serves as a heat exchange material between the air and the water which are brought into direct contact with each other. 'other, this filling mass being preferably in a chemically inactive substance and resistant to corrosion. The filling mass 2 makes it possible to obtain a large specific surface area per unit of weight and it can be constituted, for example, by parallel sheets of fabrics, wire mesh or metal plates or made of synthetic resins.
Above the filling mass 2 are arranged myoans for spraying cooling water in this filling mass 2, these means being, for example, constituted by a water spraying device 3. A water tank 4 is arranged below the filling mass 2 so as to receive the water falling from the latter. An air intake 5 is arranged in the wall of one of the sides of the cover 1 in order to allow the introduction of the intake air to be cooled A, an air outlet 6 being arranged in the wall on the side opposite of cover 1.
Opposite the air outlet 6 is a fan 7 allowing the cooled air A 'to be sent into the compartment containing the electrical equipment or similar equipment to be cooled (not shown in the drawing) which are located outside the cover 1, as well as a water elimination device 8 which makes it possible to avoid the introduction of droplets of cooling water into the compartment containing the electrical equipment. The water tank 4 is connected to the cooling water spraying device 3 via a cooling water recycling circuit. A water filling device 12 is connected to the water tank 4 in order to complete the volume of cooling water when its level comes to drop.
The water spraying device 3 comprises spray nozzles 14a, 14b, 14c and 14d, which are each provided with a valve for adjusting the water flow rate 13a, 13b, 13c and 13d, respectively. An air temperature detector 15 is placed in the vicinity of the air outlet 6. The output signal from this temperature detector 15 is introduced into an adjustment device 16 acting on the flow rate adjustment valves. water 13a, 13b, 13c and 13d.
During operation of the device, the cooling water is pumped by the pump 10 from the reservoir 4 to the spraying device 3, through the pipe 11, and it is sprayed downwards, from the nozzles 14a, 14b , 14c and 14d, of the spraying device 3, on the filling mass 2, the intake air A to be cooled being introduced into the cover 1, through the intake port 5, by the action of the fan 7. The water sprayed down and the air circulating through the filling mass 2 are brought into direct contact with each other, on the surface of the filling mass 2, so that it produces a heat exchange between air and water.
The water spraying device 3 and the filling mass 2 are arranged in such a way that the contact surface between the cooling water sprayed into the filling mass 2 from the spraying device 3 and the air circulating at through the filling mass 2 has a high value so that the intake air A is effectively cooled by direct contact with water. The cooled air then passes through the water elimination device 8 in order to eliminate the water droplets which it contains and it is supplied to the compartment containing the electrical equipment to be cooled (not shown), under the 'action of the fan 7, through the air outlet orifice 6, in the form of cooled air A'.
During the heat exchange operation in the filling mass 2, described above, some of the cooling water evaporates into the air, but the rest of this water falls into the tank d water 4 located under the filling mass 2. The water collected in the water tank 4 is recirculated in the water spraying device 3 by means of the pump 10. However, when the water sprayed is direct contact with the air of the filling mass 2, various foreign substances, such as dust, contained in the air, are transported in the water and collected in the water tank 4. The purifying filter 9, arranged in the pipe 11, prevents the recirculation of the dust in the water spraying device 3.
When the air cooling device is used for a long time, the amount of water in the water tank 4 decreases, so that its level decreases, due to the evaporation of the water in the air where it is dragged. The water filling device 12 compensates for the loss of water.
The diagram in fig. 2 explains the cooling effect of humid air. For this explanation, we will admit that the air
A to be cooled, which is dry and at high temperature, is, for example, in the state represented by point B (the temperature of the dry ball thermometer of the hygrometer being 43 C, and the value of the relative humidity being 29%, as shown below in the form: 43 C, 29%) this point being on a constant enthalpy line (20.4 kcal / kg). The air A is brought into contact with the sprayed water so as to cause the heat exchange with the latter, so that the air is thus cooled and is in a stable state.
If the air which is in the filling base 2 is in a stable state, this state can be considered as an adiabatic state, the heat exchange between the spray water and the air becoming zero. In this stable state, the air passes from the point at low humidity
B (43 C, 29%) at the saturated humidity point D (26.8 C, 100%), located on the same constant enthalpy line (20.4 kcal / kg), and it finally reaches, for example , The state represented by point C (35 C, 54%), determined by the characteristics of the filling mass 2.
While in the stable state, the water also not undergoing heat exchange with air, the state of the water approaches the saturated humidity point D (26.8 C, 100% ), so that the saturated humidity line and the constant enthalpy line (20.4 kcal / kg) cross.
When the temperature of the water vaporized at the start of switching on the appliance is higher than that of point D, for example when the water is in the state represented by point E, the quantity of the heat taken from the vaporized water, in the form of latent heat of vaporization, is greater than the sensible heat of the same quantity of water, which causes the lowering of the vaporization temperature. Consequently, the point representing the state of the water moves to D. Conversely, if the starting temperature of the vaporized water is lower than that of point D, for example when the water is in the state represented by point F, the sensible heat of the vaporized water is greater than the latent heat consumed during the vaporization of part of the water.
The temperature of the vaporized water therefore tends to rise towards the point D. In each of the above-mentioned cases, the air leaving through the orifice 6 is, respectively, in the state represented by the point G or by the H point, at the start of switching on the device.
In the air cooling device which has just been described, the temperature of the cooling water reaches a stable state after a certain time after switching on. The outlet air temperature also reaches a stable state after a certain time. The cooled air is in a state corresponding to the same constant enthalpy line as the point representing the state of the intake air to be cooled, this state being determined by the characteristics of the filling mass. Thus, the temperature of the air to be cooled, determined from the temperature of the hygrometer's dry ball thermometer, decreases and the relative humidity increases.
In the air cooling device which has just been described, the quantity of the filling mass 2 is determined as a function of the conditions in which the outside air is found for a temperature corresponding to the annual maximum of the temperature of the thermometer at dry ball. Thus, if the device is operated without taking into account the change in outside air temperature, when the outside air temperature decreases, the air temperature at the outlet takes a lower value to that which is necessary to obtain and the relative humidity takes a value higher than the required value.
However, the water spraying device 3 of the device shown in FIG. 1 comprises water spray nozzles 14a, 14b, 14c and 14d, controlled, respectively, by the water flow regulation valves 13a, 13b, 13c and 13d. Thus, it is possible to avoid excessive cooling of the outlet air by controlling the water flow control valves 13a, 13b, 13c and 13d, by means of the water flow control device 16, by function of the air temperature recorded by the temperature detector 15, in the vicinity of the air outlet orifice.
Thus, if the temperature of the intake air A to be cooled decreases, that of the cooled air A 'also decreases. The air temperature is read by the temperature detector 15 in the vicinity of the outlet orifice 6, which makes it possible to generate a signal sent to the control device 16. Consequently, if the temperature signal from the detector temperature 15 corresponds to a value lower than a determined temperature, the adjusting device 16 generates an output signal which causes the closure of certain valves suitably chosen from the valves 13, as a function of the temperature of the outlet air A ′, measured by the temperature sensor, and the opening of the remaining valves so as to obtain the maximum flow for these valves.
The water coming from the spray nozzles 14 which correspond to the open valves 13 is sprayed onto the surface of the filling mass 2. The reduction in the number of spray nozzles in service results in the reduction of the contact surface between the water and air in the filling mass 2, which causes a decrease in the cooling effect and an increase in the air temperature, in the vicinity of the outlet orifice 6, up to a value predetermined.
On the other hand, if the temperature of the outside air increases, the temperature of the air A 'in the vicinity of the outlet orifice 6 increases correspondingly, so that the water flow control valves 13a , 13b, 13c and 13d which had been previously closed are successively opened. This causes an increase in the cooling effect and a decrease in the air temperature A 'in the vicinity of the fan of the outlet orifice 6, up to the predetermined value. As described above, the air temperature, in the vicinity of the outlet orifice 6, is fixed in the vicinity of a predetermined value by adjusting the amount of water vaporized on the filling mass 2, depending of the air temperature recorded near the outlet 6.
Figs. 3 is 4 represent another embodiment of the air cooling device according to the invention. According to this embodiment, the means for vaporizing the cooling water in the filling mass 2, constituted, for example, by a spraying device 3A, are arranged horizontally, transversely to the direction of flow of the intake air A through the device. The water spraying device 3A comprises spray nozzles 3a distributed over its length.
A torsion motor 20, placed at the pivot point of the spraying device 3A, makes it possible to rotate this device around a vertical axis. The torsion motor 20 is controlled by the output signal from an adjustment device 16A, so as to allow the temperature of the cooled air A 'to be regulated. The adjustment device 16A generates a motor control signal, as a function of the temperature signal coming from the temperature detector 15, which makes it possible to adjust the rotational position of the motor shaft and, consequently, the angular position of the spraying device 3A with respect to the filling mass 2.
If the outside air temperature corresponds to the maximum value predetermined during the construction of the air cooling device, the air temperature in the vicinity of the detector 15 also takes a high value. The temperature detector 15 then generates a temperature detection signal which is sent to the adjustment device 16A. The water spraying device 3A is rotated by the torsion motor 20 to a position determined as a function of the output signal from the adjusting device 16A which is such that the spraying device 3A is placed perpendicular to the air flow direction shown in fig. 3.
When the water vaporization device 3A is in this position, all the surfaces of the filling mass 2 are sprayed with the cooling water and the cooling effect is maximum.
On the other hand, when the temperature of the outside air decreases, the temperature of the air in the vicinity of the outlet orifices also decreases. The torsion motor 20 then receives from the adjusting device 16A a rotation control signal corresponding to the setting of the spraying device 3A in a position making an angle with the direction of air flow, for example that which is shown in fig. 4. When the water spraying device 3A is in this position, part of the surface of the filling mass 2 is not sprayed by the cooling air, and the cooling effect decreases.
As described above, the air temperature in the vicinity of the outlet orifice 6 is fixed at a value close to the predetermined value by varying the watered area of the filling mass 2 as a function of the temperature detected by the detector 15.
In the embodiment of the air cooling device shown in FIG. 5, the interior of the cover 1 is divided into two conduits by a partition wall 21. One of these conduits, which constitutes an air cooling conduit, is provided with a filling mass 2 and with a water elimination device 8. Of course, this conduit also comprises a water spraying device which is not shown. The other conduit is a bypass conduit 22 allowing the bypassing of part of the intake air coming from the intake orifice 5 so as to prevent the passage of this air through the filling mass 2. The air bypass duct 22 comprises means for adjusting the air flow in this duct, for example a butterfly valve 23, which are controlled by an air flow adjusting device 17.
The temperature of the air in the vicinity of the outlet orifice 6 is read by the temperature detector 15 which sends a temperature signal corresponding to the air flow control device 17 which in turn generates an output signal allowing to adjust the position of the butterfly valve 23. When the temperature detected by the detector 15 is lower than a predetermined value, the air flow control device 17 generates an output signal sent to the butterfly valve 23 so as to increase the degree of openness of the latter. Thus, part of the air introduced into the intake orifice 5 flows through the bypass duct 22, which causes the flow rate of the air flowing in the cooling duct to decrease.
As a result, some of the air introduced through the inlet 5 flows into the bypass duct as hot and dry air without being in direct contact with the cooling water and it is then mixed with the cooled air which has passed through the cooling duct. Thus the temperature of the air in the vicinity of the outlet orifice 6 increases as it approaches the predetermined value and the relative humidity of this mass of air decreases.
In accordance with the embodiments described above, the device only comprises a single air cooling assembly or a single cooling duct, but it is understood that this device could comprise a plurality of cooling ducts air arranged in parallel or in series. The air cooling duct could also be arranged so that the contacting of the air takes place directly with the vaporized water, without the use of a filling mass.
The embodiments of the device described above comprise means making it possible to recirculate the water in the direction of the means for evaporating water from the air cooling part, these means comprising a reservoir and means for circulate water from this tank by spraying. It is however understood that the invention is in no way limited by this characteristic. For example, one could use a water spray device that does not have a water flow control valve and one could adjust the speed of rotation of the pump according to the output signal of a flow control device. some water.
One could also use a butterfly valve, arranged at the inlet of the air bypass duct, to regulate the air flow in this duct, or one could also use one or more butterfly valves, arranged in the air cooling duct, to regulate the degree of cooling.