EP0097097B1 - Procédé pour le transfert de chaleur par échange direct entre fluides gazeux et liquide et échangeur mettant en oeuvre ce procédé - Google Patents

Procédé pour le transfert de chaleur par échange direct entre fluides gazeux et liquide et échangeur mettant en oeuvre ce procédé Download PDF

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EP0097097B1
EP0097097B1 EP83401179A EP83401179A EP0097097B1 EP 0097097 B1 EP0097097 B1 EP 0097097B1 EP 83401179 A EP83401179 A EP 83401179A EP 83401179 A EP83401179 A EP 83401179A EP 0097097 B1 EP0097097 B1 EP 0097097B1
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EP
European Patent Office
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liquid
chamber
gaseous
conical
sheets
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EP83401179A
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German (de)
English (en)
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EP0097097A1 (fr
Inventor
Georges Gustave André Ignace Gautier
Charles Ludovic Etienne Provost
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sarl Etudes & Realisations De Technique Thermique Ertt
Original Assignee
Sarl Etudes & Realisations De Technique Thermique Ertt
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28C—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA COME INTO DIRECT CONTACT WITHOUT CHEMICAL INTERACTION
    • F28C3/00—Other direct-contact heat-exchange apparatus
    • F28C3/06—Other direct-contact heat-exchange apparatus the heat-exchange media being a liquid and a gas or vapour

Definitions

  • the present invention relates to the transfer of heat between a gas and a liquid according to the process known as by direct exchange.
  • the transfer of the calories contained in a flow of hot gases (for example a combustion gas) to a liquid, by bringing the sprayed liquid into direct contact with the hot gas, in particular by spraying the liquid into a vertical chamber traversed by the flow of gas, is known and described for example in US-A-4 287 138.
  • the vertical chamber has a heat exchange zone in which are arranged a plurality of nozzles, spraying cold water, some down, the rest up.
  • the bottom of the chamber has a receiver for water which has warmed up in the heat exchange zone in contact with hot gases; the transfer of heat from the gases to the water takes place in a turbulent and anarchic manner, by entanglement of the drops coming from upstream and downstream of the chamber, escaping the possibility of reliable forecast calculation, the process of emission of water against the current of the gas causing additional pressure drops.
  • Heat transfer by direct exchange is subject to various limitations.
  • a first limitation results from the vapor pressure of the liquid in the gas with which the heat exchange takes place because, since the vaporization of the liquid is endothermic, the vapors entrained by the outgoing gases constitute a loss.
  • the efficiency of the heat exchange is a function of the difference in temperatures at the level of the exchange surface, the surface of the exchange surface and the duration of the contact.
  • the temperature of heating of the liquid which is in any case lower than its boiling point, is all the lower the higher the ratio of calorific mass of the liquid to the calorific mass of the gas but the yield is d 'the higher the lower the latter ratio.
  • Document US-A-2838135 describes a process for recovering the heat transported by hot gases which uses two cooling stages each consisting of an enclosure which contains lining materials such as Raschig rings, these enclosures being traversed in series by the hot gas and the filling charge of each chamber being sprinkled by the cold liquid which is uniformly distributed over the charge by atomization nozzles directed downwards.
  • the forecast calculation of the exchanges is random and the head losses high.
  • each stage operates independently according to an indirect heat exchange process without, in one stage, the gas which cools when passing through the stage is constantly brought into contact with droplets of fresh liquid which has not yet undergone heat exchange.
  • the aim of the present invention is to solve the problems which have been mentioned above, firstly by obtaining a better efficiency of the heat exchange, which results in cooler gases at the outlet and, secondly, by obtaining a liquid at a temperature close to the vaporization temperature of said liquid in the gas introduced.
  • the spraying is carried out so as to obtain droplets having an average diameter of the order of a millimeter.
  • the liquid vaporizes, absorbing calories, but the temperature of the mixture gas and vapor cools and said calories absorbed by the vaporization are returned to the liquid constituting the following layers whose volume increases by the volume of the condensed vapors. It can therefore be seen that a significant part of the heat transfer takes place at the level of the upstream layers with a significant temperature difference between the gases and the liquid, therefore with a high efficiency.
  • the exchange takes place at the level of each layer between the entire volume of the gases and a fraction of the total volume of the liquid corresponding to the flow supplying the exchanger.
  • the system therefore produces a system equivalent to a plurality of cascade exchangers which each operate with the difference of maximum temperature, therefore the maximum possible yield.
  • each droplet Due to the very large volume surface of the liquid in the form of fine droplets, the heat exchange coefficient is high and in the layers where vapor condensation takes place, each droplet forms a condensation nucleus, the multiplicity of droplets promoting this condensation with direct transfer of calories into the mass of the droplet.
  • the projection is carried out in the form of conical layers.
  • the duration of the contact is increased, compared to a radial ply, like the inverse of the square of the sine of the half-angle at the top of the ply, the length of the path of the liquid from the center to the wall being equal to the radius of the gas stream divided by the sine of the angle and the thickness of the sheet parallel to the axis, that is to say according to the direction of circulation of the gas flow, being equal to the thickness of the sheet divided by the same sine.
  • the liquid is introduced into at least two circuits at different temperatures, the method then being characterized in that each circuit comprises a plurality of conical spray layers arranged in series, these being therefore distributed in at least two superimposed and independent groups.
  • each circuit comprises a plurality of conical spray layers arranged in series, these being therefore distributed in at least two superimposed and independent groups.
  • the liquid flow collected from a group located further downstream in the gas flow is used to feed the sheets of another group located further upstream.
  • the conical layers open downstream in the direction of circulation of the gaseous fluid.
  • the gas flow is imposed on a helical trajectory. All these factors which increase the duration of contact are of significant importance in the process according to the invention in which, to reach the wall of the vein and in the form of fine droplets, the spraying must be done under a significant pressure therefore at high speed.
  • the liquid which reaches the wall of the gas stream has, in the most upstream layers, a temperature close to the vaporization temperature since this liquid has passed through gases at high temperature while partially vaporizing and, in the following layers, a similar temperature since the gases are, at this level, at the temperature of condensation of the liquid, the volume reaching the wall being partly formed of condensed vapors.
  • the liquid has a decreasing temperature downstream because it has passed through an increasingly cold gas stream with temperatures tending towards equilibrium.
  • the present invention also relates to an apparatus for implementing the above direct contact heat transfer method, comprising a vertical cylindrical exchange chamber with, at one end, an inlet and, at the other end , an outlet for the gases and means for spraying a liquid into the gas flow passing through this chamber, these means being constituted by a plurality of coaxial spray nozzles arranged in the center and staggered in said exchange chamber according to the direction of circulation of the gaseous fluid and supplied from a source of supply of liquid under common pressure, these nozzles spraying the liquid in the form of a thin conical sheet, the conical sheets sprayed from said nozzles being parallel and independent, characterized in that all the nozzles are oriented in the same direction and create spray jets in conical layers which are collected at the periphery of the layer on the wall of the room.
  • the spray nozzles spray in a conical sheet opening upwards and downstream of the gas flow.
  • the spray nozzles for the liquid are divided into at least two groups supplied independently.
  • At least one peripheral chute is provided along the periphery of the chamber and at an intermediate level thereof to collect the liquid from the sheets which flows on the wall.
  • means are preferably provided to take up the liquid collected by a chute and discharge it towards the spray nozzles of a second circuit.
  • means are provided for giving the gas flow a helical rotational movement.
  • These means can be constituted by a tangential inlet and / or directing fins.
  • Figure 1 is a schematic axial sectional view of an exchanger and Figure 2 is a horizontal sectional view by .II-II of Figure 1.
  • the reference 1 designates the cylindrical wall delimiting the chamber of the exchanger
  • 2 is the inlet for the hot gases located at the lower part of the chamber, this inlet opening tangentially over a width approximately equal to the radius of the chamber
  • 3 designates the axial gas outlet.
  • the reference 4 designates helical guide vanes fixed on the inner wall of the lower part of the chamber to accentuate the helical gas circulation.
  • spray nozzles 5 are arranged along the axis of the chamber being substantially regularly spaced and they are supported by their supply pipe 6, the pipes being carried by boxes 7 inserted in the wall 1 and supplied with pressurized water from supply ramps 8.
  • the nozzles 5 are associated with nozzles to give spray jets 9 in thin conical layers.
  • the spraying is ef-. carried out under a pressure of approximately 3 ⁇ 10 5p and gives droplets of approximately 0.4 to 0.7 mm in diameter, the apex angle a being 70 °.
  • the spray nozzles are divided into two groups A and B supplied by independent booms, group A being located at the highest point, that is to say downstream in the direction of smoke circulation and group B upstream.
  • group A On the internal wall and in line with the separation between the highest conical sheet 9b of group B and the lowest conical sheet 9a of group A is made a peripheral chute 10 intended to collect the water from the sheets 9a which s flows on the upper part of the wall.
  • the collected water is evacuated by a pipe 11 in a tank 12 from where it is taken up by a pump 13 to supply by the ramp 8, the nozzles 5 of group B.
  • the water sprayed by the nozzles 5 flows along the wall of the lower part of the chamber and is collected in a tarpaulin 14.
  • the exchanger operates in the following way: the hot gases arrive at a temperature T F by the inlet 2 and circulate in an upward helical movement in the chamber to be evacuated by the outlet 3 at a temperature T s , the circulation taking place by natural or forced draft.
  • the water is introduced at a temperature t o and under a pressure of 3 x 10 5 P, which may be the pressure of the supply network, by the ramp 8 of group A, it is sprayed at this temperature t o by the sprayers 5 of group A in the form of conical sheets.
  • This water at temperature t 1 is taken up by the pump 13 and sprayed under the same pressure by the nozzles 5 of group B in the form of conical layers 9b.
  • the temperature difference T F -t i is high, the exchange efficiency is high and part of the water will pass into the vapor state.
  • the coolant is water and the hot gases are combustion gases.

Description

  • La présente invention concerne le transfert de chaleur entre un gaz et un liquide selon le procédé dit par échange direct. Le transfert des calories contenues dans un flux de gaz chauds (par exemple un gaz de combustion) à un liquide, par mise en contact direct du liquide pulvérisé avec le gaz chaud, notamment par pulvérisation du liquide dans une chambre verticale parcourue par le flux de gaz, est connu et décrit par exemple dans US-A-4 287 138. Dans ce document, la chambre verticale présente une zone d'échange de chaleur dans laquelle sont disposées une pluralité de buses, pulvérisant de l'eau froide, les unes vers le bas, les autres vers le haut. Le bas de la chambre comporte un récepteur pour l'eau qui s'est réchauffée dans la zone d'échange de chaleur au contact des gaz chauds; le transfert de chaleur des gaz à l'eau s'opère de façon turbulente et anarchique, par enchevêtrement des gouttes provenant de l'amont et de l'aval de la chambre, échappant à la possibilité de calcul prévisionnel fiable, le procédé d'émission d'eau à contre courant du gaz engendrant des pertes de charge supplémentaires.
  • Le transfert de chaleur par échange direct est soumis à diverses limitations. Tout d'abord une première limitation résulte de la tension de vapeur du liquide dans le gaz avec lequel s'effectue l'échange thermique car, la vaporisation du liquide étant endothermique, les vapeurs entraînées par les gaz sortants constituent une perte. Le rendement de l'échange thermique est fonction de la différence des températures au droit de la surface d'échange, de la superficie de la surface d'échange et de la durée du contact. Enfin la température de réchauffement du liquide, qui est de toutes façons inférieure à sa température d'ébullition, est d'autant plus faible que le rapport de la masse calorifique du liquide à la masse calorifique du gaz est plus élevé mais le rendement est d'autant plus élevé que ce dernier rapport est plus faible. Si donc on veut obtenir par échange direct un liquide à une température voisine de son point d'ébullition, il faut réduire le rapport volumique entre le liquide et le gaz, mais le rendement calorifique décroît. Pour obtenir un rendement acceptable, on est obligé de limiter, avec l'eau utilisée comme liquide, la température de réchauffement de l'eau à environ 60°C.
  • Le document US-A-2838135 décrit un procédé de récupération de la chaleur transportée par des gaz chauds qui met en oeuvre deux étages de refroidissement constitués chacun par une enceinte qui contient des matériaux de garnissage tels que des anneaux de Raschig, ces enceintes étant parcourues en sérié par le gaz chaud et la charge de garnissage de chaque chambre étant arrosée par le liquide froid qui est distribué uniformément sur la charge par des tuyères d'atomisation dirigées vers le bas. Comme pour US-A-4 287 138 le calcul prévisionnel des échanges est aléatoire et les pertes de charge élevées. De plus chaque étage fonctionne indépendamment selon une procédé d'échange thermique indirect sans que, dans un étage, le gaz qui se refroidit en traversant l'étage soit mis constamment en contact avec des gouttelettes de liquide frais n'ayant pas encore subi l'échange thermique.
  • La présente invention a pour but de résoudre les problèmes qui ont été évoqués ci-dessus, dans un premier temps en obtenant un meilleur rendement de l'échange thermique, qui se traduit par des gaz en sortie plus froids et, dans un deuxième temps, en obtenant un liquide à température voisine de la température de vaporisation dudit liquide dans le gaz introduit.
  • Ce but est atteint, conformément à l'invention, par un procédé pour le transfert de chaleur par échange direct entre un fluide gazeux et un fluide liquide dans lequel on introduit le fluide gazeux à une extrémité d'une chambre cylindrique verticale et l'extrait à l'autre extrémité de celle-ci, le fluide gazeux circulant dans cette chambre sous forme d'une colonne cylindrique à filets fluides sensiblement parallèles et dans lequel on introduit le liquide à travers la paroi de chambre et on le pulvérise dans ladite chambre, à partir d'une pluralité de gicleurs de pulvérisation situés au centre et espacés selon la direction de circulation du fluide gazeux et alimentés à partir d'une source d'alimentation de liquide sous pression commune sous forme d'une pluralité de nappes coniques en lames minces coaxiales s'étendant de chaque gicleur jusqu'à la périphérie de la chambre, chaque nappe conique correspondant à un gicleur, les nappes coniques de liquide pulvérisées à partir des différents gicleurs étant indépendantes et traversées en série par le flux gazeux caractérisé en ce que le liquide pulvérisé dans chaque nappe est recueilli à la périphérie de la nappe sur la paroi de la chambre.
  • La pulvérisation est effectuée de manière à obtenir des gouttelettes ayant un diamètre moyen de l'ordre du millimètre.
  • Avec le procédé conforme à l'invention, appliqué à une fluide gazeux chaud et à un fluide liquide froid au droit des premières nappes amont traversées par les gaz chauds, le liquide se vapo-, rise en absorbant des calories, mais la température du mélange de gaz et de vapeur se refroidit et lesdites calories absorbées par la vaporisation sont restituées au liquide constituant les nappes suivantes dont le volume s'accroît du volume des vapeurs condensées. On voit donc qu'une partie importante du transfert de chaleur s'effectue au droit des nappes amont avec une différence de température importante entre les gaz et le liquide, donc avec un rendement élevé. Pendant la traversée des nappes aval au droit desquelles les gaz sont refroidis en dessous de la température de vaporisation du liquide, l'échange se fait au droit de chaque nappe entre la totalité du volume des gaz et une fraction du volume total du liquide correspondant au débit alimentant l'échangeur. On réalise donc par le procédé un système équivalent à une pluralité d'échangeurs en cascade qui fonctionnent chacun avec la différence de température maximale, donc le rendement maximal possible.
  • Dans les procédés antérieurement connus d'échange direct on cherche à effectuer un échange à contre-courant en faisant tomber le liquide en pluie dans une tour parcourue dans le sens ascendant par le flux gazeux de sorte que la pulvérisation n'est pas effectuée vraiment sous forme d'une nappe atteignant les parois, mais plutôt sous forme d'une dispersion dans toute la section de la veine gazeuse, les gouttes ayant une trajectoire parallèle et de sens inverse à la direction de circulation du gaz. Le procédé conforme à l'invention dans lequel on pulvérise sous forme d'une nappe mince atteignant la paroi permet d'effectuer une pulvérisation sous une pression plus élevée et avec une finesse de gouttelettes plus grande que les procédés antérieurs et le liquide suit une trajectoire sensiblement perpendiculaire ou oblique par rapport à celle du gaz. Du fait de la très grande surface volumique du liquide sous forme de gouttelettes fines, le coefficient d'échange thermique est élevé et dans les nappes où il se produit une condensation des vapeurs, chaque gouttelette forme un noyau de condensation, la multiplicité des gouttelettes favorisant cette condensation avec transfert direct des calories dans la masse de la gouttelette.
  • Pour accroître le temps de contact la projection est effectuée sous forme de nappes coniques. Avec cette forme de nappe et pour une même épaisseur de la nappe, la durée du contact est accrue, par rapport à une nappe radiale, comme l'inverse du carré du sinus du demi-angle au sommet de la nappe, la longueur de la trajectoire du liquide du centre à la paroi étant égale au rayon de la veine gazeuse divisé par le sinus de l'angle et l'épaisseur de la nappe parallèlement à l'axe, c'est-à-dire selon la direction de circulation du flux gazeux, étant égale à l'épaisseur de la nappe divisée par le même sinus.
  • Selon une autre caractéristique, le liquide est introduit dans au moins deux circuits à des températures différentes, le procédé étant alors caractérisé en ce que chaque circuit comprend une pluralité de nappes de pulvérisation coniques arrangées en série, celles-ci étant de ce fait réparties en au moins deux groupes superposés et indépendants. Dans ce cas et selon un mode de réalisation avantageux le flux liquide recueilli provenant d'un groupe situé plus en aval dans le flux gazeux est utilisé pour alimenter les nappes d'un autre groupe situé plus en amont.
  • Selon une autre caractéristique, les nappes coniques s'ouvrent vers l'aval selon la direction de circulation du fluide gazeux. Avec cette disposi- tiori, la vitesse'axiale de circulation du fluide gazeux est déduite de la composante axiale de la vitesse des gouttelettes, ce qui réduit la vitesse relative résiduelle et accroît la durée du contact.
  • Selon encore une autre caractéristique qui accroît la longueur de la trajectoire du flux gazeux dans chaque nappe et donc la durée du contact, on impose au flux gazeux une trajectoire hélicoïdale. Tous ces facteurs qui accroissent la durée de contact sont d'une importance significative dans le procédé conforme à l'invention dans lequel, pour atteindre la paroi de la veine et sous forme de gouttelettes fines, la pulvérisation doit se faire sous une pression notable donc à vitesse élevée.
  • Conformément à l'invention, le liquide qui atteint la paroi de la veine gazeuse présente, dans les nappes les plus en amont, une température voisine de la température de vaporisation puisque ce liquide a traversé des gaz à haute température en se vaporisant partiellement et, dans les nappes suivantes, une température analogue puisque les gaz sont, à ce niveau, à la température de condensation du liquide, le volume atteignant la paroi étant pour partie formé des vapeurs condensées. Au droit des nappes plus en aval, le liquide présente une température décroissant vers l'aval car il a traversé une veine gazeuse de plus en plus froide avec des températures tendant vers l'équilibre.
  • La présente invention a également pour objet un appareil pour la mise en oeuvre du procédé de transfert de chaleur par contact direct ci-dessus, comportant une chambre d'échange cylindrique verticale avec, à une extrémité, une entrée et, à l'autre extrémité, une sortie pour les gaz et des moyens pour pulvériser un liquide dans le flux gazeux traversant cette chambre, ces moyens étant constitués par une pluralité de gicleurs de pulvérisation coaxiaux disposés au centre et échelonnés dans ladite chambre d'échange selon la direction de circulation du fluide gazeux et alimentés à partir d'une source d'alimentation de liquide sous pression commune, ces gicleurs pulvérisant le liquide sous forme d'une nappe conique mince, les nappes coniques pulvérisées à partir desdits gicleurs étant parallèles et indépendantes, caractérisé en ce que tous les gicleurs sont orientés dans la même direction et créent des jets de pulvérisation en nappes coniques qui sont recueillis à la périphérie de la nappe sur la paroi de la chambre.
  • Selon une autre caractéristique, le gaz circulant de bas en haut, les gicleurs de pulvérisation pulvérisent selon une nappe conique s'ouvrant vers le haut et vers l'aval du flux gazeux.
  • Selon une autre caractéristique les gicleurs de pulvérisation pour le liquide sont répartis en au moins deux groupes alimentés indépendamment.
  • Selon une autre caractéristique au moins une goulotte périphérique est prévue le long de la périphérie de la chambre et à un niveau intermédiaire de celle-ci pour collecter le liquide des nappes qui s'écoule sur la paroi. Dans le cadre de cette caractéristique des moyens sont de préférence prévus pour reprendre le liquide collecté par une goulotte et le refouler vers les gicleurs de pulvérisation d'un deuxième circuit.
  • Selon une autre caractéristique des moyens sont prévus pour donner au flux gazeux un mouvement rotationnel hélicoïdal. Ces moyens peuvent être constitués par une entrée tangentielle et/ou des ailettes directrices.
  • La présente invention sera décrite plus en détail ci-après avec référence au dessin ci-annexé dans lequel:
  • La figure 1 est une vue en coupe axiale schématique d'un échangeur et la figure 2 en est une vue en coupe horizontale par .II-II de figure 1.
  • Dans les dessins la référence 1 désigne la paroi cylindrique délimitant la chambre de l'échangeur, 2 est l'entrée des gaz chauds située à la partie basse de la chambre, cette entrée débouchant tangentiellement sur une largeur approximativement égale au rayon de la chambre et 3 désigne la sortie axiale des gaz. La référence 4 désigne des ailettes directrices hélicoïdales fixées sur la paroi intérieure de la partie basse de la chambre pour accentuer la circulation hélicoïdale des gaz.
  • Conformément à l'invention, des gicleurs de pulvérisation 5 sont disposés selon l'axe de la chambre en étant sensiblement régulièrement espacés et ils sont supportés par leur tubulure d'alimentation 6, les tubulures étant portées par des caissons 7 insérés dans la paroi 1 et alimentées en eau sous pression depuis des rampes d'alimentation 8. Conformément à l'invention les gicleurs 5 sont associés à des buses pour donner des jets de pulvérisation 9 en nappes coniques minces. A titre d'exemple la pulvérisation est ef-. fectuée sous une pression d'environ 3 x 105p et donne des gouttelettes d'environ 0,4 à 0,7 mm de diamètre, l'angle au sommet a étant de 70°.
  • Selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention les gicleurs de pulvérisation sont répartis en deux groupes A et B alimentés par des rampes indépendantes, le groupe A étant situé le plus haut, c'est-à-dire en aval dans le sens de circulation des fumées et le groupe B en amont. Sur la paroi interne et au droit de la séparation entre la nappe conique la plus élevée 9b du groupe B et la nappe conique la plus basse 9a du groupe A est réalisée une goulotte périphérique 10 destinée à recueillir l'eau des nappes 9a qui s'écoule sur la partie supérieure de la paroi. L'eau recueillie est évacuée par une canalisation 11 dans un réservoir 12 d'où elle est reprise par une pompe 13 pour alimenter par la rampe 8, les gicleurs 5 du groupe B. L'eau pulvérisée par les gicleurs 5 s'écoule le long de la paroi de la partie inférieure de la chambre et est recueillie dans une bâche 14.
  • L'échangeur fonctionne de la façon suivante: les gaz chauds arrivent à une température TF par l'entrée 2 et circulent selon un mouvement hélicoïdal ascendant dans la chambre pour être évacués par la sortie 3 à une température Ts, la circulation ayant lieu par tirage naturel ou forcé. L'eau est introduite à une température to et sous une pression de 3 x 105P, qui peut être la pression du réseau d'alimentation, par la rampe 8 du groupe A, elle est pulvérisée à cette température to par les pulvérisateurs 5 du groupe A sous forme de nappes coniques. Ces nappes sont traversées par les gaz dont la température décroit au fur et à mesure qu'ils traversent les nappes successives d'une température TM qui, à titre de simple indication, peut être voisine de 90°C, jusqu'à une température Ts qui est voisine de to. L'eau de la nappe 9a qui a traversé les gaz à une température voisine de TM sera à une température relativement élevée alors que celle de la nappe supérieure sera à une température voisine de Ts. Il est évident que le rendement thermique dans la nappe 9a est meilleur que dans la dernière nappe mais, globalement, toutes les calories correspondant à la différence ÏM-Ts de température des gaz se retrouveront dans l'eau recueillie à une température t1 comprise entre TM et Ts dans la goulotte 10 et le bac 12. Cette eau à la température t1 est reprise par la pompe 13 et pulvérisée sous la même pression par les gicleurs 5 du groupe B sous forme des nappes coniques 9b. Dans la nappe inférieure la différence de température TF-ti est élevée, le rendement de l'échange est élevé et une partie de l'eau va passer à l'état de vapeur. En traversant les nappes successives la température des gaz entrainant l'eau vaporisée des nappes inférieures va décroitre jusqu'à TM et dans les nappes supérieures les vapeurs vont se condenser pour être réincorporées aux nappes dont l'eau va atteindre la paroi à une température voisine de TM. Dans cette partie de l'échangeur vont se produire une évaporation endothermique et une condensation exothermique mais la température moyenne t2 de l'eau obtenue sera à un niveau que l'on ne peut atteindre avec un seul étage et les calories qui pourraient être entrainées par les gaz sous forme d'eau vaporisée dans les premières nappes sont récupérées par condensation dans les nappes supérieures.
  • Dans l'exemple de mise en oeuvre décrit avec référence aux dessins, le liquide de refroidissement est de l'eau et les gaz chauds sont des gaz de combustion.

Claims (12)

1. Procédé pour le transfert de chaleur par échange direct entre un fluide gazeux et un fluide liquide, dans lequel on introduit le fluide gazeux à une extrémité d'une chambre cylindrique verticale (1) et l'extrait à l'autre extrémité de celle-ci, le fluide gazeux circulant dans cette chambre sous forme d'une colonne cylindrique à filets fluides sensiblement parallèles et dans lequel on introduit le liquide à travers la paroi de la chambre et on le pulvérise dans ladite chambre, à partir d'une pluralité de gicleurs de pulvérisation coaxiaux situés au centre et espacés selon la direction de circulation du fluide gazeux et alimentés à partir d'une source d'alimentation de liquide sous pression commune, sous forme d'une pluralité de nappes coniques en lames minces coaxiales s'étendant de chaque gicleur jusqu'à la périphérie de la chambre, chaque nappe conique correspondant à un gicleur, les nappes coniques de liquide pulvérisées à partir des différents gicleurs étant indépendantes et traversées en série par le flux gazeux, caractérisé en ce que le liquide pulvérisé dans chaque nappe est recueilli à la périphérie de la nappe sur la paroi de la chambre.
2. Procédé pour le transfert de chaleur selon la revendication 1 dans lequel on introduit le fluide liquide dans au moins deux circuits à des températures différentes, caractérisé en ce que chaque circuit comprend une pluralité de nappes de pulvérisation coniques arrangées en série, celles-ci étant de ce fait réparties en au moins deux groupes superposés et indépendants.
3. Procédé pour le transfert de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le flux liquide recueilli provenant d'un groupe situé plus en aval dans le flux gazeux est utilisé pour alimenter les nappes d'un autre groupe situé plus en amont.
4. Procédé pour le transfert de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les nappes coniques s'ouvrent vers l'aval selon la direction de circulation du fluide gazeux.
5. Procédé pour le transfert de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on impose au flux gazeux une trajectoire hélicoïdale.
6. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 ci-dessus comportant une chambre d'échange cylindrique verticale avec, à une extrémité, une entrée et, à l'autre extrémité, une sortie pour les gaz et des moyens pour pulvériser un liquide dans le flux gazeux traversant cette chambre, ces moyens étant constitués par une pluralité de gicleurs de pulvérisation coaxiaux disposés au centre et échelonnés dans ladite chambre d'échange selon la direction de circulation du fluide gazeux et alimentés à partir d'une source d'alimentation de liquide sous pression commune, ces gicleurs pulvérisant le liquide sous forme d'une nappe conique mince, les nappes coniques pulvérisées à partir desdits gicleurs étant parallèles et indépendantes, caractérisé en ce que tous les gicleurs sont orientés dans la même direction (9b) et créent des jets de pulvérisation en nappes coniques qui sont recueillis à la périphérie de la nappe sur la paroi de la chambre.
7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le gaz circulant de bas en haut, les gicleurs de pulvérisation (5) pulvérisent selon une nappe conique s'ouvrant vers le haut et vers l'aval du flux gazeux.
8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que les gicleurs de pulvérisation pour le liquide sont répartis en au moins deux groupes alimentés indépendamment.
9. Appareil selon l'lune quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'au moins une goulotte périphérique (10) est prévue le long de la périphérie de la chambre (9) et à un niveau intermédiaire de celle-ci pour collecter le liquide des nappes qui s'écoule sur la paroi.
10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que des moyens (12) sont prévus pour reprendre le liquide collecté par une goulotte (10) et le refouler vers les gicleurs de pulvérisation (5) d'un deuxième circuit (8B).
11. Appareil selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que des moyens (4) sont prévus pour donner au flux gazeux un mouvement rotationnel hélicoïdal.
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