FR3048764A1 - DEVICE FOR EXCHANGING ENTHALPIA BETWEEN A GAS AND A LIQUID - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif (1) d'échange entre au moins un gaz A et un liquide B, comprenant une enceinte (2) divisée en au moins une première zone étanche (70) et une deuxième zone étanche (80) communiquant entre elles au niveau d'un passage haut (43) et d'un passage bas (53), chaque zone (70, 80) comprenant des particules solides indépendantes formant un média de transfert (2), remarquable en ce que ledit média de transfert baigne en partie dans ledit liquide B, dont le niveau supérieur est au-dessus dudit passage bas (53), et en partie dans ledit gaz A et en ce que ladite première zone (70) comprend un trop plein de liquide (52), définissant le niveau supérieur dudit liquide B, et une entrée dudit gaz A (41), et en ce que ladite deuxième zone (80) comprend une sortie dudit gaz A (42), disposée au-dessus du niveau supérieur dudit liquide B et en ce que ledit dispositif (1) comprend un moyen (20) apte à déplacer ledit média de transfert d'une zone (70, 80) à l'autre.The invention relates to a device (1) for exchange between at least one gas A and a liquid B, comprising an enclosure (2) divided into at least one first sealed zone (70) and a second sealed zone (80) communicating between they at a high passage (43) and a low passage (53), each zone (70, 80) comprising independent solid particles forming a transfer medium (2), remarkable in that said transfer media partially bathes in said liquid B, whose upper level is above said low passage (53), and partly in said gas A and in that said first zone (70) comprises an overflow of liquid (52), defining the upper level of said liquid B, and an inlet of said gas A (41), and said second zone (80) comprises an outlet of said gas A (42), disposed above the upper level of said liquid B and in said device (1) comprises means (20) adapted to move said transfer medium of a zone (70, 80) to the other.
Description
Domaine de l'inventionField of the invention
La présente invention concerne le domaine de l'échange d'énergie thermique entre fluides, particulièrement dans l'industrie des procédés énergétiques.The present invention relates to the field of thermal energy exchange between fluids, particularly in the energy process industry.
Etat de la techniqueState of the art
Afin de procéder à un échange d'énergie thermique entre un fluide chaud, qu'il s'agisse de gaz ou de liquide, et un fluide dit froid qui va se réchauffer au contact thermique du fluide chaud, il est fréquent d'utiliser des échangeurs thermiques.In order to proceed with an exchange of thermal energy between a hot fluid, whether it is gas or liquid, and a so-called cold fluid that will heat up in thermal contact with the hot fluid, it is common to use heat exchangers.
La plupart des échangeurs, qu'il s'agisse d'échangeurs à plaques, d'échangeurs à serpentins ou d'échangeurs tubulaires sont dits statiques et sont sujets à des encrassements, à des phénomènes de corrosion ou encore d'abrasion si l'un des fluides caloporteurs comprend des éléments indésirables corrosifs ou abrasifs.Most exchangers, whether they are plate heat exchangers, coil heat exchangers or tubular exchangers, are said to be static and are subject to fouling, corrosion or abrasion if the one of the heat transfer fluids comprises corrosive or abrasive undesirable elements.
Tel est le cas, par exemple, dans les installations de combustion ou d'incinération, où le fluide chaud est de la fumée non encore filtrée, ou bien encore dans les installations de gazéification, où le fluide chaud est du gaz synthétique, dit syngaz, brut non filtré dont on souhaite récupérer l'énergie. Souvent les conditions de fonctionnement sont très exigeantes, notamment en termes de température élevée (plus de 600°C) ou d'encrassement par des poussières dont la capacité à adhérer aux parois des équipements est renforcée par la haute température.This is the case, for example, in combustion or incineration plants, where the hot fluid is smoke not yet filtered, or even in the gasification plants, where the hot fluid is synthetic gas, syngas said , unfiltered crude whose energy is desired to recover. Often the operating conditions are very demanding, especially in terms of high temperature (more than 600 ° C) or fouling by dust whose ability to adhere to the walls of equipment is enhanced by the high temperature.
De plus, des phénomènes de condensation parasite mal maîtrisée font apparaître des problèmes de corrosion dans les équipements pour cogénération ou pour production de vapeur surchauffée, du fait d'une présence souvent importante de fumées acides et donc de condensats agressifs pour le matériel.In addition, phenomena of poorly controlled parasitic condensation show corrosion problems in equipment for cogeneration or for production of superheated steam, due to the often significant presence of acid fumes and therefore aggressive condensates for the equipment.
Les installations statiques sont des installations qu'il est difficile de nettoyer après encrassement.Static installations are installations that are difficult to clean after fouling.
De plus, dans de nombreux cas, le fluide chaud est un gaz ayant une très faible conductivité thermique, en général inférieure à 0.05 W/mK. La conséquence est un pincement élevé entre le fluide apporteur et le fluide récepteur de calories, c'est-à-dire qu'il demeure un écart de température élevé entre les deux fluides, même dans le cadre d'un échange à contre-courant, et ce malgré des surfaces d'échange importantes. Dans une chaudière biomasse à vapeur, ce pincement dépasse souvent 100°C.In addition, in many cases, the hot fluid is a gas having a very low thermal conductivity, generally less than 0.05 W / mK. The consequence is a high pinch between the supply fluid and the heat-receiving fluid, that is to say that there remains a high temperature difference between the two fluids, even in the context of a countercurrent exchange despite important trading surfaces. In a biomass steam boiler, this nip often exceeds 100 ° C.
Une autre technique utilisée implique l'utilisation d'un condenseur de fumées avec pulvérisation d'eau froide dans les fumées, ce qui favorise la condensation des vapeurs contenues dans le gaz traité, telle de la vapeur d'eau contenue dans des fumées de chaudière de combustion. Les défauts de cette solution sont que le débit de liquide à gérer est très important, que la pulvérisation exige une filtration fine de l'eau afin de minimiser le risque de boucher les buses de pulvérisation et aussi que l'appareil est très volumineux, car il faut que la vitesse d'écoulement des gaz traités soit assez faible pour éviter d'entraîner des gouttes d'eau hors de l'installation de condensation.Another technique used involves the use of a flue gas condenser with cold water spray in the fumes, which favors the condensation of the vapors contained in the treated gas, such as water vapor contained in boiler fumes. of combustion. The defects of this solution are that the liquid flow to be managed is very important, that the spraying requires a fine filtration of the water to minimize the risk of clogging the spray nozzles and also that the device is very bulky because it is necessary that the flow rate of the treated gases is low enough to avoid causing drops of water out of the condensation plant.
Description de l'inventionDescription of the invention
La présente invention concerne le domaine de l'échange d'énergie thermique entre fluides, particulièrement dans l'industrie des procédés énergétiques.The present invention relates to the field of thermal energy exchange between fluids, particularly in the energy process industry.
Par exemple, lors de la production d'énergie par combustion, il est nécessaire de refroidir les fumées en transférant la chaleur contenue dans les fumées vers un fluide froid à l'aide d'un échangeur de chaleur. Réciproquement, la même invention peut servir à transférer du froid entre fluides. L'invention concerne aussi l'échange de chaleur latente lorsque le gaz subit un changement d'état qui libère de la chaleur latente, en sus de la chaleur sensible. C'est pourquoi l'invention concerne l'échange d'enthalpie totale (chaleur sensible plus chaleur latente) entre fluides.For example, when producing energy by combustion, it is necessary to cool the fumes by transferring the heat contained in the fumes to a cold fluid using a heat exchanger. Conversely, the same invention can be used to transfer cold between fluids. The invention also relates to latent heat exchange when the gas undergoes a state change that releases latent heat, in addition to the sensible heat. This is why the invention relates to the exchange of total enthalpy (sensible heat plus latent heat) between fluids.
Ainsi, la présente invention concerne notamment un dispositif d'échange entre au moins un gaz A et un liquide B, comprenant une enceinte divisée en au moins une première zone étanche et une deuxième zone étanche communiquant entre elles au niveau d'un passage haut et d'un passage bas, chaque zone comprenant des particules solides indépendantes formant un média de transfert, remarquable en ce que ledit média de transfert baigne en partie dans ledit liquide B, dont le niveau supérieur est au-dessus dudit passage bas, et en partie dans ledit gaz A et en ce que ladite première zone comprend un trop plein de liquide, définissant le niveau supérieur dudit liquide B, et une entrée dudit gaz A, et en ce que ladite deuxième zone comprend une sortie dudit gaz A, disposée au-dessus du niveau supérieur dudit liquide B et en ce que ledit dispositif comprend un moyen apte à déplacer ledit média de transfert d'une zone à l'autre.Thus, the present invention relates in particular to an exchange device between at least one gas A and a liquid B, comprising an enclosure divided into at least a first sealed zone and a second sealed zone communicating with each other at a high passage and of a low passage, each zone comprising independent solid particles forming a transfer medium, characterized in that said transfer medium partly bathes in said liquid B, whose upper level is above said low passage, and partly in said gas A and in that said first zone comprises an overflow of liquid, defining the upper level of said liquid B, and an inlet of said gas A, and in that said second zone comprises an outlet of said gas A, disposed above the upper level of said liquid B and in that said device comprises means adapted to move said transfer medium from one zone to another.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, au moins une des zones comprend un moyen apte à déplacer verticalement ledit média de transfert.According to a preferred embodiment of the invention, at least one of the zones comprises means capable of vertically displacing said transfer medium.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, ladite enceinte est divisée verticalement en au moins une première zone étanche et une deuxième zone étanche.According to a preferred embodiment of the invention, said enclosure is divided vertically into at least a first sealed zone and a second sealed zone.
Dans le cadre de la présente invention, le terme «vertical» fait préférentiellement référence à une orientation formant un angle maximum de 45° avec la verticale, encore plus préférentiellement un angle maximum de 20° avec la verticale et tout à fait préférentiellement une orientation strictement verticale.In the context of the present invention, the term "vertical" preferably refers to an orientation forming a maximum angle of 45 ° with the vertical, still more preferably a maximum angle of 20 ° with the vertical and quite preferably a strictly vertical.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, ladite deuxième zone comprend en outre une entrée dudit liquide B.According to a preferred embodiment of the invention, said second zone further comprises an inlet of said liquid B.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, ledit dispositif comprend en outre un moyen de régulation du débit dudit gaz A associé à l'entrée et/ou à la sortie dudit gaz A.According to a preferred embodiment of the invention, said device further comprises means for regulating the flow rate of said gas A associated with the inlet and / or the outlet of said gas A.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, ledit dispositif comprend en outre un moyen de régulation du débit dudit liquide B associé à l'entrée et/ou à la sortie dudit liquide B.According to a preferred embodiment of the invention, said device further comprises means for regulating the flow rate of said liquid B associated with the inlet and / or the outlet of said liquid B.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le moyen apte à déplacer ledit média de transfert est une vis d'Archimède.According to a preferred embodiment of the invention, the means capable of moving said transfer medium is an Archimedean screw.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, ledit dispositif comprend en outre un moyen apte à déplacer horizontalement ledit média de transfert à travers ledit passage bas.According to a preferred embodiment of the invention, said device further comprises means capable of horizontally moving said transfer medium through said low passage.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, ledit dispositif comprend en outre un moyen apte à déplacer horizontalement ledit média de transfert à travers ledit point haut.According to a preferred embodiment of the invention, said device further comprises means capable of horizontally moving said transfer medium through said high point.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, ledit dispositif comprend en outre un échangeur de chaleur baignant dans ledit liquide B.According to a preferred embodiment of the invention, said device further comprises a heat exchanger bathed in said liquid B.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le média de transfert présente un taux de vide d'au moins 20%.According to a preferred embodiment of the invention, the transfer medium has a void ratio of at least 20%.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les particules solides indépendantes sont des sphères de diamètre compris entre 3mm et 100mm.According to a preferred embodiment of the invention, the independent solid particles are spheres with a diameter of between 3 mm and 100 mm.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, ledit dispositif comprend en outre un moyen de régulation du débit de transfert des particules du média.According to a preferred embodiment of the invention, said device further comprises means for controlling the transfer rate of the particles of the medium.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les particules solides indépendantes, constituant le média de transfert, sont constituées d'un matériau de conductivité thermique supérieure à 0.2 W/mK.According to a preferred embodiment of the invention, the independent solid particles, constituting the transfer medium, consist of a material of thermal conductivity greater than 0.2 W / mK.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les particules solides indépendantes du média de transfert sont constituées de deux matériaux différents et l'un des matériaux constitue l'enveloppe extérieure de la particule et l'autre matériau constitue le cœur de la particule et présente une température de fusion inférieure à celle du matériau constituant l'enveloppe extérieure.According to a preferred embodiment of the invention, the solid particles independent of the transfer medium consist of two different materials and one of the materials constitutes the outer shell of the particle and the other material constitutes the core of the particle. and has a lower melting temperature than the material constituting the outer shell.
La présente invention concerne également un procédé d'échange entre au moins un gaz A et un liquide B, remarquable à ce qu'il comprend l'utilisation d'un dispositif selon 1'invention.The present invention also relates to a method of exchange between at least one gas A and a liquid B, remarkable that it comprises the use of a device according to the invention.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, ledit gaz A circule à contre-courant par rapport audit média de transfert.According to a preferred embodiment of the invention, said gas A circulates countercurrently with respect to said transfer medium.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, ledit liquide B circule à co-courant par rapport audit média de transfert.According to a preferred embodiment of the invention, said liquid B circulates cocurrently with respect to said transfer medium.
Avantages de l'inventionAdvantages of the invention
Un des avantages de l'invention est que la forte inertie thermique du média caloporteur mobile, associée à sa conductivité et à sa diffusivité thermique élevées. permettent de réduire le pincement thermique entre les fluides respectivement apporteur et récepteur d'enthalpie.One of the advantages of the invention is that the high thermal inertia of the mobile heat transfer medium, associated with its high conductivity and thermal diffusivity. allow to reduce the thermal nip between the fluids respectively input and enthalpy receiver.
Un autre avantage est que la capacité thermique du média caloporteur mobile peut être définie de manière à ce que le transfert d'enthalpie se fasse aux températures requises pour le fluide récepteur d'enthalpie, et que cela rende notamment possible la récupération de tout ou partie de la chaleur latente du fluide apporteur d'enthalpie qui serait autrement perdue.Another advantage is that the heat capacity of the mobile heat transfer medium can be defined in such a way that the enthalpy transfer takes place at the temperatures required for the enthalpy receiving fluid, and that this makes it possible in particular to recover all or part of the heat transfer medium. the latent heat of the enthalpy-introducing fluid that would otherwise be lost.
Un autre avantage est que la grande inertie thermique du média caloporteur mobile amortit les variations d'enthalpie du fluide caloporteur apporteur d'enthalpie, permettant de ce fait un transfert plus stable d'enthalpie.Another advantage is that the high thermal inertia of the mobile heat transfer medium dampens the enthalpy variations of the heat transfer fluid introducing enthalpy, thereby allowing a more stable transfer of enthalpy.
Un autre avantage est que la vitesse de déplacement du média caloporteur peut être ajustée en temps réel en fonction de la puissance d'échange d'enthalpie requise, permettant ainsi d'ajuster, par exemple, les paramètres des procédés périphériques mettant en œuvre les fluides caloporteurs impliqués dans l'échange d'enthalpie grâce à l'invention, par exemple, des procédés de combustion ou de gazéification.Another advantage is that the speed of movement of the heat transfer medium can be adjusted in real time according to the required enthalpy exchange power, thus making it possible to adjust, for example, the parameters of the peripheral processes using the fluids heat transfer agents involved in the exchange of enthalpy through the invention, for example, combustion or gasification processes.
Un autre avantage est que l'échange d'enthalpie s'effectue dans une même enceinte, évitant ainsi l'usage d'un four de chauffage auxiliaire qui devrait assurer la montée en température de boulets ou tout autre masse en mouvement.Another advantage is that the enthalpy exchange takes place in the same enclosure, thus avoiding the use of an auxiliary heating furnace which should ensure the temperature rise of balls or other moving mass.
Un autre avantage est qu'il est possible de choisir un média caloporteur mobile insensible aux attaques acides, par exemple des billes en alumine (AL203), qui permet un faible pincement thermique et améliore la performance de l'échange thermique entre les fluides en jeu.Another advantage is that it is possible to choose a heat transfer media insensitive to acid attacks, for example alumina balls (AL203), which allows a low thermal pinch and improves the performance of the heat exchange between the fluids at play .
Un autre avantage est que le média caloporteur mobile est mis en mouvement lentement, ce qui est bien moins énergivore qu'un mouvement de fluidisation à sable dans un foyer de combustion ou de gazéification.Another advantage is that the mobile heat transfer medium is set in motion slowly, which is much less energy consuming than a sand fluidization movement in a combustion or gasification furnace.
Un autre avantage est que l'invention permet de procéder à une condensation de vapeurs contenues dans un fluide chaud gazeux, sans nécessiter l'emploi d'un condenseur de fumées séparé, à la différence des installations traditionnelles de condenseurs de fumées.Another advantage is that the invention makes it possible to carry out a condensation of vapors contained in a hot gaseous fluid, without requiring the use of a separate flue gas condenser, unlike conventional installations of flue gas condensers.
Un autre avantage est que l'invention permet de procéder réciproquement à une évaporation de condensais contenus dans un fluide froid liquide.Another advantage is that the invention makes it possible to proceed reciprocally to evaporation of condensates contained in a cold liquid fluid.
Un autre avantage est que les fluides caloporteurs chargés de poussières sont en partie débarrassés de leurs poussières par collecte de celles-ci à la surface des éléments du média caloporteur mobile, facilitant ainsi les étapes ultérieures de traitement. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention sont décrits ci-après selon les modes possibles de réalisation de l'invention.Another advantage is that the heat transfer fluids charged with dust are partly freed of their dust by collecting them on the surface of the elements of the mobile heat transfer medium, thus facilitating subsequent processing steps. Other advantages and characteristics of the invention are described below according to the possible embodiments of the invention.
Les descriptions font référence aux figures suivantes en annexe : - la figure 1 représente schématiquement le dispositif de l'invention selon une version à double entrée et sortie de fluide A et B. - la figure 2 représente une variante de l'invention selon une version de condensation de vapeurs et vaporisation de condensais. - la figure 3 représente une variante de l'invention selon une version d'utilisation d'un troisième fluide d'assistance d'échange enthalpique.The descriptions refer to the following figures in the appendix: FIG. 1 schematically represents the device of the invention in a version with a double inlet and a fluid outlet A and B. FIG. 2 represents a variant of the invention according to a version condensation of vapors and vaporization of condensates. FIG. 3 represents a variant of the invention according to a version of use of a third enthalpy exchange assistance fluid.
Exposé d'un mode de réalisationPresentation of an embodiment
La présente invention concerne un dispositif d'échange d'enthalpie entre au moins un gaz chaud et un liquide froid, principalement dans un procédé de production énergétique. L'invention est notamment utile dans le cas de la cogénération avec production de vapeur par combustion de matière première afin de produire de l'électricité à l'aide d'une turbine à vapeur, et de la chaleur évacuée dans un réseau de chaleur. Elle est aussi utile dans le cas de la production de gaz synthétique, dit syngaz, par un procédé de pyrolyse, thermolyse et/ou gazéification de matière première organique. Evidemment, tout autre procédé impliquant un échange d'enthalpie peut utilement utiliser l'invention.The present invention relates to an enthalpy exchange device between at least one hot gas and a cold liquid, mainly in an energy production process. The invention is particularly useful in the case of cogeneration with steam production by combustion of raw material to produce electricity using a steam turbine, and the heat discharged into a heat network. It is also useful in the case of the production of syngas synthetic gas by a process of pyrolysis, thermolysis and / or gasification of organic raw material. Obviously, any other process involving enthalpy exchange can usefully utilize the invention.
La notion d'enthalpie englobe la chaleur sensible des fluides et la chaleur latente qui peut être aussi échangée en cas de changement de phase durant l'échange de chaleur. L'enthalpie en jeu lors d'un changement de phase (dite chaleur latente) est souvent très grande et peut représenter 2 à 10 fois plus d'énergie que l'enthalpie en jeu lors de la montée en température avant ou après le changement de phase (dite chaleur sensible). C'est par exemple le cas si un fluide liquide devient gazeux durant l'opération, ou si un fluide gazeux se condense durant l'opération. Ainsi, des fumées issues de la combustion de matière première dans une chaudière contiennent de la vapeur d'eau qui peut avantageusement être condensée en fin de traitement des fumées, avant leur sortie dans l'atmosphère. La chaleur latente ainsi récupérée, au moins partiellement, représente une économie d'énergie qui peut être réutilisée dans un réseau de chaleur. Dans le cadre de l'invention, il s'agit donc de faire monter en température un fluide froid à partir d'un fluide chaud ou réciproquement, mais aussi d'échanger éventuellement toute ou partie de la chaleur latente des fluides. Dans le reste de la description, cet échange sera dénommé échange d'enthalpie, concernant un échange de chaleur sensible seule, ou de chaleur latente seule, ou des deux.The notion of enthalpy encompasses the sensible heat of fluids and the latent heat which can also be exchanged in case of phase change during heat exchange. The enthalpy at play during a phase change (so-called latent heat) is often very large and can represent 2 to 10 times more energy than the enthalpy involved when the temperature rises before or after the change in temperature. phase (called sensible heat). This is for example the case if a liquid fluid becomes gaseous during the operation, or if a gaseous fluid condenses during the operation. Thus, fumes from the combustion of raw material in a boiler contain water vapor which can advantageously be condensed at the end of the fumes treatment, before their exit into the atmosphere. The latent heat thus recovered, at least partially, represents a saving of energy that can be reused in a heat network. In the context of the invention, it is therefore a question of increasing the temperature of a cold fluid from a hot fluid or vice versa, but also of possibly exchanging all or part of the latent heat of the fluids. In the remainder of the description, this exchange will be called enthalpy exchange, concerning a sensible heat exchange alone, or latent heat alone, or both.
Selon l'invention, une masse solide intermédiaire est mise en jeu afin d'assurer un échange d'enthalpie entre deux fluides. Pour simplifier la description de l'invention, les fluides qui entrent en jeu dans le dispositif seront appelés fluide A et fluide B.According to the invention, an intermediate solid mass is put into play to ensure an exchange of enthalpy between two fluids. To simplify the description of the invention, the fluids that come into play in the device will be called fluid A and fluid B.
Dans le cadre de l'invention, le fluide A est un fluide gazeux, qui comprend éventuellement des éléments en suspension, solides ou liquides, comme par exemple des particules de poussière dans des fumées de combustion, ou des gouttes d'eau dans de la vapeur d'eau non saturée. Le fluide B est un fluide liquide.In the context of the invention, the fluid A is a gaseous fluid, which optionally comprises suspended elements, solid or liquid, such as for example dust particles in combustion fumes, or drops of water in the unsaturated water vapor. Fluid B is a liquid fluid.
La masse solide est constituée d'un ensemble de particules individuelles solides qui sont utilisées sans cohésion entre elles. On obtient ainsi un amas de particules dont la taille et la forme permet un écoulement naturel par l'effet de la gravité.The solid mass consists of a set of individual solid particles which are used without cohesion between them. This gives a mass of particles whose size and shape allows a natural flow by the effect of gravity.
La masse est intermédiaire car elle joue un rôle de média qui va constamment se réchauffer et se refroidir sous l'influence des fluides en jeu.The mass is intermediate because it plays a role of media that will constantly warm up and cool under the influence of the fluids involved.
Par commodité, la description ci-après s'attache à l'objectif d'échanger de la chaleur depuis un fluide A de plus haute température vers un fluide B de plus basse température. Toutefois, le raisonnement peut être inversé en considérant que le fluide A a une température inférieure à celle du fluide B et que l'objectif est d'échanger de la chaleur de B vers A. L'invention concerne indifféremment les deux objectifs.For convenience, the following description focuses on the goal of exchanging heat from a higher temperature fluid A to a lower temperature fluid B. However, the reasoning can be reversed by considering that the fluid A has a lower temperature than that of the fluid B and that the objective is to exchange heat from B to A. The invention relates indifferently to both objectives.
Dans le principe de fonctionnement de l'invention, la masse solide sert de média au transfert d'enthalpie. Le média va capter l'enthalpie du fluide A, la stocker éventuellement puis la transmettre au fluide B.In the operating principle of the invention, the solid mass serves as a medium for the transfer of enthalpy. The media will capture the enthalpy of fluid A, possibly store it and then transmit it to fluid B.
Le stockage de chaleur ou inertie thermique est une des caractéristiques de l'invention. En effet, le média de transfert dispose d'une masse qui permet d'accumuler de l'enthalpie sous l'effet de sa montée en température et selon sa capacité thermique massique exprimée dans l'unité J/ (kg.K). Ainsi, il est nécessaire de disposer d'un média de grande masse et/ou de grande capacité thermique massique qui présente une grande inertie thermique. Concrètement, pour garantir une bonne stabilité des échanges thermiques, il est préférable que l'enthalpie totale (par rapport à une température de référence de 0°C) contenue dans le média seul représente au moins la même enthalpie que celle que le fluide A va apporter au fluide B lors de son passage dans le dispositif selon l'invention. Il est encore plus préférable que cette enthalpie totale soit le double de l'enthalpie apportée par le fluide A au fluide B.The storage of heat or thermal inertia is one of the characteristics of the invention. Indeed, the transfer media has a mass that allows to accumulate enthalpy under the effect of its rise in temperature and according to its specific thermal capacity expressed in the unit J / (kg.K). Thus, it is necessary to have a high mass media and / or high thermal mass capacity which has a high thermal inertia. Concretely, to guarantee a good stability of the thermal exchanges, it is preferable that the total enthalpy (compared to a reference temperature of 0 ° C) contained in the media alone represents at least the same enthalpy as that the fluid A goes bring to the fluid B during its passage through the device according to the invention. It is even more preferable that this total enthalpy be twice the enthalpy brought by the fluid A to the fluid B.
Selon une variante de l'invention, le média de transfert peut contenir une matière qui change de phase durant son utilisation de façon à profiter aussi de la chaleur latente de changement de phase de cette matière, ce qui permet de disposer aussi d'une plus grande inertie thermique.According to a variant of the invention, the transfer medium may contain a material which changes phase during its use so as to also benefit from the latent heat of phase change of this material, which also makes it possible to have a more great thermal inertia.
Par exemple, une bille creuse d'acier au molybdène réfractaire, dont la température de fusion dépasse 2600°C, remplie d'un alliage d'aluminium dont la température de fusion est de 600°C, peut stocker, lors du changement de phase solide-liquide de l'aluminium à cette température fixe de 600°C, plus de 370kJ/kg d'aluminium soit l'équivalent de la chaleur sensible d'un kg d'aluminium s'échauffant de 400°C. L'inertie thermique du média est recherchée car elle assure un stockage de l'enthalpie qui stabilise les échanges thermiques entre les fluides. En effet, la capacité thermique massique d'un fluide et notamment d'un gaz est, sauf exception, plus faible que celle d'un solide. Ainsi, en cas de légère variation de la température du fluide A, en absence d'inertie par le média, la température du fluide B varierait aussi. Grâce à l'inertie du média, le fluide B suit une évolution de température beaucoup plus régulière lors de sa progression dans le dispositif selon l'invention.For example, a refractory molybdenum steel hollow ball having a melting temperature above 2600 ° C., filled with an aluminum alloy having a melting temperature of 600 ° C., can store, during the phase change solid-liquid aluminum at this fixed temperature of 600 ° C, more than 370kJ / kg of aluminum is the equivalent of the sensible heat of a kg of aluminum heating up to 400 ° C. The thermal inertia of the media is sought because it ensures a storage of the enthalpy that stabilizes the heat exchange between the fluids. Indeed, the thermal capacity of a particular fluid and especially a gas is, except exception, lower than that of a solid. Thus, in the event of a slight variation in the temperature of the fluid A, in the absence of inertia by the media, the temperature of the fluid B would also vary. Due to the inertia of the media, the fluid B follows a much more uniform temperature evolution during its progression in the device according to the invention.
Une autre caractéristique de l'invention est que le média de transfert assure un échange thermique de grande puissance, à la fois pour le transfert depuis le fluide A et pour le transfert vers le fluide B. Ce résultat est obtenu par l'utilisation d'un média présentant de nombreuses cavités facilement traversées par le fluide. Par exemple, un média constitué de billes perforées sur 25% de leur volume garantit une porosité (ratio du volume de vide sur le volume total solide + vide) de plus de 50% et donc une bonne circulation du fluide dans toute la zone d'échange d'enthalpie. Cela est important si le fluide qui traverse le média transporte des particules «encrassantes» qui peuvent se déposer dans le média et causer un bouchage progressif des cavités dans lesquelles circule le fluide.Another characteristic of the invention is that the transfer medium provides a high-power heat exchange, both for the transfer from the fluid A and for the transfer to the fluid B. This result is obtained by the use of a medium having numerous cavities easily traversed by the fluid. For example, a media consisting of balls perforated on 25% of their volume guarantees a porosity (ratio of the volume of vacuum to the total volume of solid + vacuum) of more than 50% and therefore a good circulation of the fluid in all the zone of enthalpy exchange. This is important if the fluid that passes through the media carries "clogging" particles that can settle in the media and cause a gradual clogging of cavities in which the fluid flows.
Selon une variante de l'invention, il est possible d'utiliser de simples sphères, dont l'entassement dans un volume donné permet de conserver des porosités entre les sphères et de laisser un passage libre pour un fluide traversant.According to a variant of the invention, it is possible to use simple spheres, the packing of which in a given volume makes it possible to preserve porosities between the spheres and to leave a free passage for a fluid passing through.
De plus, la puissance d'échange est améliorée si le média présente une bonne diffusivité, c'est-à-dire si le matériau présente une forte capacité à transférer de la chaleur. Le coefficient de diffusivité défini par D = lambda / ro / C (où lambda = conductivité thermique, ro = masse volumique et C = capacité thermique massique) est préférentiellement supérieur à 0.2 10-6 m2/s.In addition, the exchange power is improved if the media has a good diffusivity, that is to say if the material has a strong ability to transfer heat. The diffusivity coefficient defined by D = lambda / ro / C (where lambda = thermal conductivity, ro = density and C = specific heat capacity) is preferably greater than 0.2 10-6 m2 / s.
De plus, la géométrie des éléments de média est préférentiellement définie afin de s'assurer de la présence d'une grande surface développée balayée par le fluide apporteur ou capteur d'enthalpie, ladite surface étant le siège de l'échange de chaleur. Ainsi, il est avantageux que les éléments de média présentent une surface développée importante et une épaisseur de matière faible afin de faciliter les échanges d'enthalpie. Le paramètre de compacité préféré, défini comme le ratio de la surface développée sur le volume solide, est supérieur à 3 m2/m3 ce qui correspond, par exemple, à des particules en forme de bille de diamètre 30 mm et percée de 2 trous orthogonaux de diamètre 10 mm.In addition, the geometry of the media elements is preferably defined to ensure the presence of a large developed surface swept by the supply fluid or enthalpy sensor, said surface being the seat of the heat exchange. Thus, it is advantageous that the media elements have a large developed surface and a low material thickness in order to facilitate the enthalpy exchanges. The preferred compactness parameter, defined as the ratio of the developed surface area to the solid volume, is greater than 3 m 2 / m 3, which corresponds, for example, to ball-shaped particles with a diameter of 30 mm and pierced with 2 orthogonal holes. of diameter 10 mm.
Enfin, la puissance d'échange est améliorée si les écoulements de fluide à travers le média de transfert se font selon un régime hydraulique ou aéraulique à grande vitesse ou turbulent qui accentue la performance des échanges thermiques par convection en surface du média de transfert. Par exemple, selon une solution préférée, le dimensionnement du dispositif veillera à garantir une vitesse d'écoulement de fluide supérieure à 1 m/s pour du liquide et supérieure à 3 m/s pour du gaz.Finally, the exchange power is improved if the flows of fluid through the transfer media are in a hydraulic or aeraulic regime at high speed or turbulent which enhances the performance of convective heat exchange on the surface of the transfer medium. For example, according to a preferred solution, the dimensioning of the device will ensure a fluid flow rate greater than 1 m / s for liquid and greater than 3 m / s for gas.
Toujours selon l'invention, le média de transfert doit supporter les contraintes de fonctionnement apportées par les fluides utilisés.Still according to the invention, the transfer medium must withstand the operating constraints provided by the fluids used.
Par exemple, si le fluide A a une température supérieure à 1200°C, il faut que le média de transfert supporte une telle température, et il ne pourra pas être composé d'aluminium qui fond à 660°C. Une solution recommandée consiste à utiliser des sphères moulées composées de céramique d'alumine. La résistance à la température atteint ainsi des limites supérieures à 1100°C voire 1800°C en fonction de la pureté de l'alumine.For example, if fluid A has a temperature above 1200 ° C, the transfer media must withstand such a temperature, and it can not be composed of aluminum that melts at 660 ° C. A recommended solution is to use molded spheres composed of alumina ceramics. The temperature resistance thus reaches limits greater than 1100 ° C. or even 1800 ° C. depending on the purity of the alumina.
Par un autre exemple, l'utilisation d'un métal réfractaire du type alliage au molybdène permet de disposer d'une matière dont le point de fusion est supérieur à 2200°C et dont la résistance mécanique est supérieure à celle d'une céramique d'alumine.By another example, the use of a molybdenum alloy refractory metal makes it possible to have a material whose melting point is greater than 2200 ° C. and whose mechanical strength is greater than that of a ceramic. alumina.
De plus, si le fluide A est une fumée contenant du soufre ou du chlore et de l'humidité, en cas de condensation de vapeur d'eau durant l'échange de chaleur et le refroidissement de ces fumées, de l'acide sulfurique ou chlorhydrique peut se former et corroder rapidement le média de transfert. Dans ce cas, le matériau le constituant doit être choisi de façon à résister à un pH généralement inférieur à 3 .In addition, if the fluid A is a smoke containing sulfur or chlorine and moisture, in case of condensation of water vapor during the heat exchange and cooling of these fumes, sulfuric acid or Hydrochloric acid can form and rapidly corrode the transfer media. In this case, the material constituting it must be chosen so as to withstand a pH generally less than 3.
Par ailleurs, les fluides peuvent contenir des éléments en suspension susceptibles de se déposer sur le média de transfert et mener ainsi à son encrassement. Par exemple, les gaz de fumées de combustion en chaudière contiennent des poussières qui risquent de se déposer sur toute surface solide disponible, donc sur le média de transfert avec la conséquence potentielle de réduire progressivement la porosité de ce dernier. La circulation des fluides et l'efficacité des échanges thermiques en seraient alors dégradées. Pour résoudre ce problème, le dispositif selon l'invention permet de laver le média de transfert à chaque passage dans le fluide B liquide.Furthermore, the fluids may contain suspended elements that may be deposited on the transfer medium and thus lead to its fouling. For example, flue gas combustion boiler contain dust that may deposit on any available solid surface, so the transfer media with the potential to gradually reduce the porosity of the latter. The circulation of fluids and the efficiency of thermal exchanges would then be degraded. To solve this problem, the device according to the invention makes it possible to wash the transfer medium with each passage in the liquid fluid B.
Enfin, selon l'invention, le média de transfert est mis en mouvement de circulation à l'intérieur de l'enceinte de l'échangeur, ce qui suppose que le média de transfert est bien composé de particules individuelles qui peuvent être déplacés sans collage entre elles et sans blocage mécanique, ce qui créerait un seul bloc impossible à déplacer. Il est aussi avantageux que les éléments constituant le média de transfert aient une résistance mécanique suffisante pour supporter le poids de l'empilage effectué, surtout en partie basse. Il est aussi préférable que la mise en mouvement éventuelle de ces éléments ne les brise ni ne les abrase trop vite, afin de ne pas devoir les remplacer trop souvent, suite à une usure inévitable.Finally, according to the invention, the transfer medium is set in circulation movement inside the enclosure of the exchanger, which assumes that the transfer medium is indeed composed of individual particles that can be moved without bonding between them and without mechanical blocking, which would create a single block impossible to move. It is also advantageous that the elements constituting the transfer medium have sufficient mechanical strength to support the weight of the stacking, especially in the lower part. It is also preferable that the eventual movement of these elements does not break them or abrase them too quickly, so as not to have to replace them too often, due to unavoidable wear.
Ainsi, le média de transfert échangeur de chaleur est composé de particules individuelles qui peuvent être des billes ou des éléments individuels de type anneau de Raschig, selle de Perl, ... qui sont placés en tas dans l'enceinte de l'échangeur.Thus, the heat transfer transfer medium is composed of individual particles which may be balls or individual elements of the Raschig ring type, Perl saddle, ... which are placed in a pile in the enclosure of the exchanger.
De façon avantageuse, les éléments sont de forme globalement sphérique. La forme sphérique facilite la circulation des éléments dans l'enceinte sans qu'un effet de blocage de particules entre elles ne puisse advenir. D'autres formes sont aussi envisageables, du moment qu'elles respectent le cahier des charges décrit supra.Advantageously, the elements are of globally spherical shape. The spherical shape facilitates the circulation of the elements in the enclosure without a particle blocking effect between them can occur. Other forms are also possible, as long as they comply with the specifications described above.
Par exemple, les éléments peuvent être munis d'une ou plusieurs perforations. Ces perforations ont pour objet de faciliter la circulation des fluides à travers le lit de particules, grâce à la forte porosité ainsi obtenue.For example, the elements may be provided with one or more perforations. These perforations are intended to facilitate the flow of fluids through the bed of particles, thanks to the high porosity thus obtained.
Ainsi, l'empilage du média de transfert est préférentiellement mécaniquement résistant, poreux pour la circulation du fluide, massif pour améliorer l'inertie thermique, disposant d'une grande surface développée pour garantir un échange thermique de grande puissance et d'une conductivité thermique permettant d'accélérer les transferts thermiques.Thus, the stack of the transfer medium is preferably mechanically resistant, porous for the circulation of the fluid, massive to improve the thermal inertia, having a large surface developed to ensure a high-power heat exchange and thermal conductivity. to accelerate heat transfer.
Selon l'invention, comme représenté en figure 1, le dispositif 1 comprend une enceinte 11 dans laquelle le média de transfert 2 est déversé, une entrée 41 de fluide A, une sortie 42 du fluide A devenu A', une entrée 51 éventuelle de fluide B et une sortie 52 du fluide B devenu B'. L'enceinte comprend aussi une paroi de séparation 12, de préférence calorifugée, qui permet de canaliser la circulation des fluides A vers A' et B vers B' ainsi que celle du média de transfert 2. Cette paroi de séparation permet de définir deux zones distinctes 70 et 80, la zone 70 étant la zone par laquelle le fluide A est introduit, et la zone 80 étant la zone par laquelle le fluide A est évacué, sous forme de A'. La connexion entre la zone 70 et la zone 80 est effectuée en partie haute par un passage haut 43 et en partie basse par un passage bas 53.According to the invention, as represented in FIG. 1, the device 1 comprises an enclosure 11 in which the transfer medium 2 is discharged, an inlet 41 of fluid A, an outlet 42 of the fluid A having become A ', a possible inlet 51 of fluid B and an outlet 52 of fluid B become B '. The enclosure also comprises a partition wall 12, preferably insulated, which can channel the flow of fluids A to A 'and B to B' and that of the transfer media 2. This partition wall allows to define two zones 70 and 80, the zone 70 being the zone through which the fluid A is introduced, and the zone 80 being the zone through which the fluid A is discharged, in the form of A '. The connection between the zone 70 and the zone 80 is made in the upper part by a high passage 43 and in the lower part by a low passage 53.
Il est possible d'obtenir le même résultat en utilisant deux enceintes indépendantes connectées entre elles, l'une jouant le rôle de la zone 70 et l'autre le rôle de la zone 80.It is possible to obtain the same result by using two independent speakers connected to each other, one playing the role of the zone 70 and the other the role of the zone 80.
Le média de transfert 2 est déversé dans l'enceinte 11 à partir d'une entrée de média, non représentée, toute solution évidente à l'homme de l'art convenant, et est évacué de l'enceinte 11 par une sortie de média, elle aussi non représentée pour les mêmes raisons.The transfer medium 2 is poured into the chamber 11 from a media inlet, not shown, any solution obvious to the person skilled in the art, and is evacuated from the enclosure 11 by a media outlet. she, too, not represented for the same reasons.
Selon l'invention, le média de transfert 2 circule en boucle dans l'enceinte 11 autour de la paroi de séparation 12 à l'aide de tout moyen de mise en circulation adapté audit média.According to the invention, the transfer media 2 circulates in a loop in the enclosure 11 around the partition wall 12 using any means of circulation adapted to said media.
Selon la variante de l'invention de la figure 1, un moyen possible de mise en circulation du média est un élévateur par vis d'Archimède 20 dont la vis 22 est mue en rotation par un moteur 21. Le média de transfert 2 est mis en circulation selon le sens indiqué par les flèches 23 et 24. Les spires de la vis 22 assurent le déplacement dudit média vers le haut de l'enceinte 11, ce média est ensuite transféré par gravité à travers le passage haut 43 vers la partie droite de l'enceinte 11, descend par gravité jusqu'au passage bas 53, puis alimente à nouveau la partie basse de la vis 22 dont la rotation va assurer le maintien du cycle de circulation du média de transfert 2.According to the variant of the invention of FIG. 1, a possible media circulation means is an Archimedean screw elevator 20 whose screw 22 is rotated by a motor 21. The transfer medium 2 is set circulating in the direction indicated by the arrows 23 and 24. The turns of the screw 22 ensure the movement of said media to the top of the enclosure 11, this media is then transferred by gravity through the high passage 43 to the right part of the enclosure 11, descends by gravity to the low passage 53, then feeds again the lower part of the screw 22 whose rotation will ensure the maintenance of the circulation cycle of the transfer medium 2.
La cloison supérieure 45 et la cloison inférieure 55 de l'enceinte 11 peuvent être inclinées par rapport à l'horizontale, comme indiqué en figure 1, de façon à faciliter le déplacement du média 2, respectivement pour faciliter le déversement des particules du média de transfert en haut de la vis 22 depuis la zone 80 vers la zone 70, et de façon réciproque pour faciliter le gavage du bas de la vis 22 depuis la zone 70 vers la zone 80.The upper partition 45 and the lower partition 55 of the enclosure 11 may be inclined relative to the horizontal, as shown in Figure 1, so as to facilitate the movement of the media 2, respectively to facilitate the discharge of particles from the media of transfer to the top of the screw 22 from the zone 80 to the zone 70, and reciprocally to facilitate feeding the bottom of the screw 22 from the zone 70 to the zone 80.
Tout autre moyen de mise en circulation du média de transfert 2 convient, par exemple, en utilisant des vis de transfert ou des pistons de transfert implantés dans les passages haut 43 et bas 53. Cette variante n'est pas décrite car évidente à l'homme de l'art.Any other means for circulating the transfer medium 2 is suitable, for example, by using transfer screws or transfer pistons implanted in the up and down passages 43. This variant is not described because it is obvious to the skilled in the art.
Il est aussi possible que le sens de rotation de la vis d'Archimède 20 permette le déplacement du média du haut vers le bas et non l'inverse. Toutefois, cette configuration présente plus de risque de blocage, si les éléments du média roulent difficilement les uns sur les autres.It is also possible that the direction of rotation of the Archimedean screw 20 allows the movement of the media from top to bottom and not vice versa. However, this configuration presents more risk of blockage, if the elements of the media roll hard on each other.
Enfin, le débit de média transféré peut avantageusement être variable et régulé à l'aide de toute technologie adaptée comme, par exemple, un automate associé à un variateur de fréquence commandant la rotation d'un moteur électrique faisant tourner une vis d'Archimède.Finally, the transferred media rate can advantageously be variable and regulated using any suitable technology such as, for example, a controller associated with a frequency converter controlling the rotation of an electric motor rotating an Archimedean screw.
De façon avantageuse, l'enceinte 11 est calorifugée de façon à minimiser les fuites thermiques qui pourraient affecter la performance de l'échange de chaleur. D'autre part, selon l'invention, la partie haute de l'enceinte comprise entre l'entrée 41 et la sortie 42 définit une première zone 40 d'échange thermique entre le fluide gazeux A et le média de transfert 2, et la partie basse de l'enceinte comprise entre l'entrée 51 et la sortie 52 de fluide B définit une deuxième zone 50 d'échange thermique entre le fluide liquide B et le média de transfert 2.Advantageously, the enclosure 11 is insulated so as to minimize thermal leaks that could affect the performance of the heat exchange. On the other hand, according to the invention, the upper part of the enclosure between the inlet 41 and the outlet 42 defines a first heat exchange zone 40 between the gaseous fluid A and the transfer medium 2, and the the lower part of the chamber between the inlet 51 and the outlet 52 of fluid B defines a second zone 50 of heat exchange between the liquid fluid B and the transfer medium 2.
Selon un mode de réalisation de l'invention, dans la zone d'échange thermique 40 dédiée au fluide gazeux A, le fluide A chaud est introduit dans l'enceinte par l'entrée 41, circule à travers le média de transfert 2 en passant par le passage haut 43, lui apporte de l'énergie calorique et est évacué par la sortie 42, en tant que fluide A'. Durant son trajet le fluide A refroidit. En parallèle, le fluide liquide B froid est introduit dans l'enceinte 11 depuis l'entrée 51 jusqu'à la sortie 52. Il circule dans le média à travers le passage bas 53 et capte la chaleur du média traversé. Il est ensuite évacué par la sortie 52, en tant que fluide B'.According to one embodiment of the invention, in the heat exchange zone 40 dedicated to the gaseous fluid A, the hot fluid A is introduced into the chamber through the inlet 41, circulates through the transfer media 2 by passing by the high passage 43, brings it caloric energy and is discharged through the outlet 42, as fluid A '. During its journey, fluid A cools. In parallel, the cold liquid fluid B is introduced into the chamber 11 from the inlet 51 to the outlet 52. It circulates in the medium through the low passage 53 and captures the heat of the media through. It is then discharged through the outlet 52, as fluid B '.
Il est avantageux que les circulations des fluides respectent le sens indiqué car cela permet de mettre en place des échanges thermiques selon un écoulement en contrecourant entre chacun des fluides A,B et le média de transfert 2, et donc de favoriser l'efficacité des échanges et minimiser la valeur du pincement.It is advantageous for the circulations of the fluids to respect the indicated direction since this makes it possible to set up thermal exchanges in accordance with a flow counteracting between each of the fluids A, B and the transfer medium 2, and thus to promote the efficiency of the exchanges. and minimize the value of the pinch.
Il est aussi avantageux que le fluide B soit un liquide, car la position du niveau liquide dans l'enceinte, imposée par le trop-plein 52, par rapport à l'extrémité inférieure de la paroi de séparation 12, permet de créer une colonne liquide 54 dont la présence fait obstacle à l'écoulement du fluide A à travers le passage bas 53.It is also advantageous if the fluid B is a liquid, since the position of the liquid level in the enclosure, imposed by the overflow 52, with respect to the lower end of the partition wall 12, makes it possible to create a column liquid 54 whose presence impedes the flow of fluid A through the low passage 53.
Il est aussi avantageux que le fluide A soit un gaz et que l'écart de pression entre l'entrée 41 et la sortie 42, à travers le média de transfert 2 via le passage haut 43 soit inférieur à l'écart de pression que représente la hauteur 54 de colonne liquide, car alors le fluide A circule préférentiellement par la zone 40 et le passage haut 43 plutôt que par le passage bas 53 noyé par le fluide B.It is also advantageous that the fluid A is a gas and that the pressure difference between the inlet 41 and the outlet 42, through the transfer medium 2 via the high passage 43 is less than the pressure difference that represents the height 54 of the liquid column, because then the fluid A preferably flows through the zone 40 and the high passage 43 rather than through the low passage 53 embedded by the fluid B.
De façon plus générale, l'invention fonctionne si la densité du fluide A est inférieure à celle du fluide B et si la hauteur 54, créée par l'agencement du bas de la paroi de séparation 12 par rapport au trop-plein 52, génère dans la zone 50 un écart de pression supérieur à celui présent dans la zone 40, de sorte que le fluide A circule préférentiellement dans la zone 40 et le fluide B dans la zone 50.More generally, the invention operates if the density of the fluid A is lower than that of the fluid B and if the height 54, created by the arrangement of the bottom of the partition wall 12 with respect to the overflow 52, generates in the zone 50 a pressure difference greater than that present in the zone 40, so that the fluid A preferably flows in the zone 40 and the fluid B in the zone 50.
Selon une variante de l'invention, telle que représentée en figure 2, le refroidissement du fluide A lors de son cheminement vers la sortie 42 peut atteindre la température de rosée des vapeurs condensables contenues dans le fluide A, ce qui déclenche le début de condensation et permet de transmettre au média de transfert 2 tout ou partie de la chaleur latente contenue dans le fluide A. Sous l'effet de la condensation, le fluide A devient plus sec et est nommé A'. Les condensats 3 coulent par gravité vers la zone d'échange thermique 50 dédiée au fluide B, avec lequel ils se mélangent.According to a variant of the invention, as shown in FIG. 2, the cooling of the fluid A during its path towards the outlet 42 can reach the dew point temperature of the condensable vapors contained in the fluid A, which triggers the onset of condensation and makes it possible to transmit to the transfer medium 2 all or part of the latent heat contained in the fluid A. Under the effect of the condensation, the fluid A becomes drier and is called A '. The condensates 3 flow by gravity to the heat exchange zone 50 dedicated to the fluid B, with which they mix.
Il est aussi possible que les condensats constituent totalement le fluide B qu'il s'agit d'évacuer de l'enceinte à l'aide du trop-plein 52, sans nécessiter une entrée 51 de fluide B qui est alors absente du dispositif 1, tel qu'indiqué en figure 3.It is also possible for the condensates to constitute totally the fluid B that it is necessary to evacuate from the enclosure using the overflow 52, without requiring an inlet 51 of fluid B which is then absent from the device 1 as shown in Figure 3.
Selon une variante de l'invention, toujours représentée en figure 2, il est possible de déclencher une vaporisation de condensats présents dans le fluide B lors de leur réchauffement dans le dispositif 1. Ainsi, des vapeurs 4 peuvent apparaitre et être entraînées par le fluide A ou par toute autre sortie spécifique non représentée.According to a variant of the invention, still shown in FIG. 2, it is possible to trigger a vaporization of condensates present in the fluid B during their heating in the device 1. Thus, vapors 4 can appear and be entrained by the fluid A or by any other specific output not shown.
Enfin, selon une autre variante de l'invention, tel que représenté sur la figure 3, un fluide auxiliaire C circulant dans un circuit étanche 60, placé entre une entrée 61 et une sortie 62, assiste le fluide B dans la récupération d'enthalpie, par exemple, en étant parcouru par un fluide de température inférieure à celle des fluides A et B. Le sens d'écoulement du fluide C peut être co-courant à celui du fluide B, depuis l'entrée 61 vers la sortie 62, ou contre-courant au fluide B, depuis la sortie 62 (qui devient une entrée) vers l'entrée 61 (qui devient une sortie). L'avantage de cette assistance par un fluide C est que le fluide B peut n'être qu'un stock liquide de condensats 3 qui déborde par trop-plein et que l'enthalpie du fluide A est presque totalement transférée au fluide C qui circule de façon étanche dans le dispositif 1. Le média de tranfert 2 remplit alors pleinement son rôle de transmetteur d'enthalpie sans mélange de fluide entre A et C.Finally, according to another variant of the invention, as shown in FIG. 3, an auxiliary fluid C circulating in a sealed circuit 60, placed between an inlet 61 and an outlet 62, assists the fluid B in the enthalpy recovery. for example, being traversed by a fluid of lower temperature than that of the fluids A and B. The direction of flow of the fluid C can be co-current to that of the fluid B, from the inlet 61 to the outlet 62, or countercurrent to the fluid B, from the output 62 (which becomes an input) to the input 61 (which becomes an output). The advantage of this assistance by a fluid C is that the fluid B may be a liquid condensate stock 3 that overflows overflow and that the enthalpy of the fluid A is almost completely transferred to the circulating fluid C The transfer media 2 then fully fulfills its role as an enthalpy transmitter without fluid mixing between A and C.
Selon une autre variante de l'invention non représentée, il est possible d'utiliser une autre fluide auxiliaire D circulant dans un circuit étanche en contact thermique avec la zone 40 de fluide A, la circulation de média 2 restant telle qu'indiquée dans le cadre de cette invention.According to another variant of the invention not shown, it is possible to use another auxiliary fluid D circulating in a sealed circuit in thermal contact with the fluid zone A, the remaining media circulation 2 as indicated in FIG. the scope of this invention.
Selon une autre variante de l'invention, l'entrée 41 de fluide A peut être placée à une altitude inférieure à celle du trop-plein 52, de sorte que le fluide A traverse d'abord une partie du fluide B avant de circuler dans la zone 40. Ainsi, il est possible de procéder à un lavage du fluide A grâce au fluide B avant sa circulation dans le média de transfert 2 de la zone 40.According to another variant of the invention, the fluid inlet A 41 can be placed at an altitude lower than that of the overflow 52, so that the fluid A first passes through part of the fluid B before circulating through the zone 40. Thus, it is possible to wash the fluid A with the fluid B before its circulation in the transfer media 2 of the zone 40.
Un avantage de l'invention est que l'échange enthalpique est très performant et se traduit par un écart de température (ou pincement) faible entre les fluides (en général moins de 50°C), là où un échangeur traditionnel à plaques ne pourrait pas avoir un pincement inférieur à 100°C, notamment si les fluides sont des gaz à très haute température.An advantage of the invention is that the enthalpic exchange is very efficient and results in a small temperature difference (or nip) between the fluids (generally less than 50 ° C), where a traditional plate heat exchanger could not not having a nip less than 100 ° C, especially if the fluids are very high temperature gases.
Selon une variante de l'invention, le média de transfert 2 est régulièrement extrait de l'enceinte 11 afin de lui prodiguer des traitements spécifiques.According to a variant of the invention, the transfer medium 2 is regularly extracted from the enclosure 11 in order to provide specific treatments.
Par exemple, les particules du média de transfert 2 sont nettoyées afin de séparer et évacuer des dépôts encrassants reçus durant le transfert dudit média dans l'enceinte 11 du dispositif 1. Ce nettoyage peut être effectué dans un bain d'eau pure ou additivée d'agent de nettoyages tels des surfactants, ou dans un bain de solvant, ou sous une douche d'eau ou de solvant, ou sous un jet de gaz de nettoyage ou de vapeur, telle de la vapeur d'eau.For example, the particles of the transfer media 2 are cleaned in order to separate and evacuate fouling deposits received during the transfer of said media in the chamber 11 of the device 1. This cleaning can be carried out in a bath of pure water or additive d. cleaning agent such as surfactants, or in a bath of solvent, or in a shower of water or solvent, or under a stream of cleaning gas or steam, such as water vapor.
Une variante de nettoyage peut utiliser un dispositif de nettoyage par vibrations, notamment afin de séparer des poussières collées sur les particules de média en les faisant circuler sur un tamis vibrant, ou un dispositif de nettoyage par vibrations à haute fréquence, tels des ultrasons dans un bain de liquide nettoyant.A cleaning variant may use a vibration cleaning device, in particular to separate dust adhered to the media particles by moving them on a vibrating screen, or a high-frequency vibration cleaning device, such as ultrasound in a machine. bath of cleaning liquid.
Il convient aussi de séparer les particules de média de transfert en bon état de celles qui sont usées, cassées et qui ne peuvent plus remplir leur fonction. Pour cela, le passage des particules du média de transfert 2 dans un moyen de criblage, du type tamis vibrant ou tambour rotatif, est avantageux.It is also necessary to separate transfer media particles in good condition from those that are worn, broken and can no longer perform their function. For this purpose, the passage of the particles of the transfer medium 2 in a screening means, of the vibrating screen or rotary drum type, is advantageous.
Cette opération de criblage peut être combinée à l'opération de nettoyage des particules du média de transfert 2.This screening operation can be combined with the cleaning operation of the particles of the transfer media 2.
Enfin, tout autre traitement est possible, comme une opération d'incinération des dépôts organiques à très haute température, ou une opération de mélange avec des additifs favorisant le bon fonctionnement du dispositif 1, par exemple, un mélange des éléments du média de transfert 2 avec de la chaux qui permet de capter des éléments chimiques présents dans le fluide, ou une opération de réchauffage des particules du média de transfert 2, afin de réduire le risque de choc thermique qu'elles pourraient subir lors de leur réintroduction dans l'enceinte 11. Notons qu'un tel réchauffement n'a pas vocation à réchauffer le fluide B, mais juste à atténuer les écarts de température pour les particules dudit média. Le débit de particules du média de transfert 2 et leur température de réchauffage représentent ainsi une puissance thermique valant moins de 30% de la puissance d'échange d'enthalpie effectuée par le dispositif 1 objet de l'invention, et ne peut se substituer à l'enthalpie principale apportée par le fluide A. L'invention concerne également un procédé d'échange d'enthalpie utilisant les dispositifs 1 et les configurations décrits ci-dessus.Finally, any other treatment is possible, such as an incineration operation of the organic deposits at very high temperature, or a mixing operation with additives promoting the proper functioning of the device 1, for example, a mixture of the elements of the transfer media 2 with lime which makes it possible to capture chemical elements present in the fluid, or a heating operation of the particles of the transfer medium 2, in order to reduce the risk of thermal shock that they could undergo when they are reintroduced into the enclosure 11. Note that such a warming is not intended to heat the fluid B, but just to mitigate the temperature differences for the particles of said media. The flow rate of particles of the transfer medium 2 and their reheating temperature thus represent a thermal power of less than 30% of the enthalpy exchange power effected by the device 1 which is the subject of the invention, and can not be a substitute for the main enthalpy provided by the fluid A. The invention also relates to an enthalpy exchange process using the devices 1 and the configurations described above.
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