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Procédé et appareil pour le refroidissement acceléré de fluides.
Dans les condenseurs et autres appareils destines au refroidissement de fluides le refroidissement est habituellement assuré par une circulation d'eau ou d'air. Il est connu, notam- ment, de faire passer le fluide à refroidir, par exemple de la vapeur, dans des tubes qui sont plongés dans l'eau, ou le long desquels ruissellent des filets d'eau. Dans ces appareils le rendement est proportionnel à la surface d'échange de chaleur, à la différence de température entre le fluide à refroidir et le fluide refroidisseur et à la racine carrée de la vitesse du fluide refroidisseur par rapport à la surface d'échange de chaleur.
La différence de température et la surface déchange de chaleur sont généralement des grandeurs imposées par la nature du fluide à traiter et par le type d'appareil choisi. La présente invention repose sur l'idée d'atteindre une multiplication du rendement par une forte augmentation de la vitesse de circulation du fluide refroidisseur et d'utiliser cette grande vitesse pour créer une évaporation intense du fluide refroidisseur en contact avec la surface d'échange de chaleur.
A cet effet, suivant l'invention, la surface d'échange de chaleur de l'appareil est balayée par un courant d'air mélangé d'eau en suspension, auquel une très grande vitesse est imprimée par tirage forcé, à l'aide d'un ventilateur aspirant ou soufflant.
L'eau peut être injectée par des pulvérisateurs dans le 'courant d'air, ou débitée par des orifices pour ruisseler le long de la surface d'échange de chaleur, ces deux moyens pouvant avantageusement être combinés dans un même appareil.
Dans une forme d'exécution avantageuse, la surface d'échange de chaleur est constituée par un faisceau tubulaire disposé en anneau autour,'d'un espace divisé par des surfaces de guidage en conduits radiaux par lesquels l'air, chargé de gouttelettes d'eau pulvérisée, est entrainé à grande vitesse par tirage forcé. A leur sommet les tubes peuvent être entourés d'une chemise d'eau dont les orifices laissent couler le long de leur surface un mince film d'eau qui sa vaporise et se melange à l'eau entrainée par le courant radial.
Avec cette construction, qui présente un très grand déve.loppement de surface d'échange de chaleur, il est possible d'entretenir une vitesse du courant d'air chargé d'eau, de l'ordre de 50 mètres par seconde, alors que les vitesses du fluide refroidissant susceptibles d'être atteintes avec les appareils usuels sont de @
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l'ordre de m. par seconde. A surface et température égales, le rendenent o.e l'appareil suivant l'invent.ion est ainsi porté au quintuple de celui de ces appareils.
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Le dessin annexe représente sciii,=1ati.<qu?.n<;nt à titre d'exemples, à la fig.l, une forme d'exécution ae J.'anpareil en
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COUDe axiale verticale, à la fig.2 une coupe transversale partielle suivant la l'inné brisée II-II à 1ç- fig.b, une variante en coupe axiale verticale, à la fig.4 une coupe transversale partielle suivant IV-
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IV, pt à la fig.5 un détail en coupe à plus grande échelle.
Sur la fig.l on a représente par 1 le faisceau tubulaire de forme annulaire parcouru par la vapeur ou autre fluide à re- froLdir et communiquant au sommet et a la base, respectivement, avec un collecteur annulaire d'entrée 2 et un collecteur ae sortie . Dans l'axe au système tubulaire est mont un arbre vertical rotatif 4 actionné a grande vitesse par un moteur -lectrique 5 et portant une roue centrifuge 6. Cette roue est constituee d'une couronne d'aubes 7 disposée autour d'une partie centrale divisée par des tôles courbes 8, en une serie de conduits 9 qui sont cylindriques et coaxiaux dans leur partie supérieure et- s'incurvent graduellement vers l'exterieur pour devenir radiaux dans leur par-
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tie inférieure.
Li-i largeur ae ces conduits, au sommet, est pro- portionnée de façon que leurs sections sr.ient sensiblement égales entre elles, de façon à repartir paiement, sur toute la hauteur
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du faisceau tubulaire, 1.1 ..uantit( ac fluide refroidisseur qui les traverse.
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]..0? faisceau tubulaire 1 est entouré d'une enveloppe coni- que 10 et IL' rouo centrifuge est surmontée d'une hotte 11 largement ouverte à l'air, dans laquelle débitent plusieurs pulvérisateurs d'eau 12.
L'arbre 4 '.tant mis en rotation rapide, l'air est vio-
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leli1.:l1ent aspira dans La direction des flèches Q, ne ctlarr;e d'un brouillard d'eau chassé par les nulvc:ris.;c,urs, p.nètre dans les connues 9 et est lance à grande vitesse Par les aubes 7 pour tra- verser le faisceau tubulaire 1 et s'échapper par .les conduits 13, suivant les flèches b et c. Des palettes 14 solidaires de la roue
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oeuvunt être prévues au-dessus de c:i.le-c pour briser le jet des ijulvcrisateurs et assurer un mélange hO"1[Ème ne l'air et de l'eau.
Co'nme le montrent les fi-eches b, le fluide refroidissant trappe les tubes 1 perpendiculairement ce qui est favorable à
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l'ecuMige ,le chaleur, bn raison du .nclange intime de l'air et de l'ehu, l'air tend d se saturer tout en s'échauffant, les gouttelet- tes se vaporisant au contact de la surface chauae des tubes 1.
Le refroidissement des tubes se fait donc simultanément par convection et par evaporation, ce qui explique l'augmentation extraordinaire du rendement obtenu. Le débit des pulverisateurs 12 peut être régle suivant les besoins.
Dans la fig. 2, on a représenté un appareil fonctionnant sous dépression, sous l'action d'un puissant ventilateur (non représente) dont la chambre de dépression 13 communique avec l'enveloppe 10 qui, dans ce cas, est hermétique. L'espace cylindrique entouré par le faisceau tubulaire est divise en conduits d'égale section 9 par des tôles de guidage fixes 18 qui ont la même forme que les tôles 8 du rotor de la fig.l.
Comme dans l'exemple précèdent, des pulvérisateurs 12 débitent de l'eau dans une hotte d'entrée d'air 11, mais on a en
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outre prévu une alimentation additionnelle d'eau de ruissellement au sommet des tubes. A cet effet, il est ménagé, en dessous du collecteur supérieur 2, une chambre d'eau 15 dont le fond présente pour le passage des tubes 1 des orifices d'un diamètre légèrement plus grand que celui des tubes de façon à laisser, autour de ceuxci, des fentes annulaires 16 (fig.5) par lesquelles s'écoule une quantité d'eau qui ruisselle en couche mince le long de chaque tube.
Afin de permettre Lui réglage ais.é de la quantité d'eau de .ruissellement, des cloisons annulaires 17 sont disposées, jusqu'à une certaine hauteur, dans la chambre 15, de façon à diviser celle-ci en une série de compartiments annulaires qui communiquent entre eux par débordement. Si on ne laisse entrer qu'une faible quantité d'eau par la conduite d'alimentation 19, seul le compartiment extérieur de la chambre 15 recevra de l'eau et seule la rangée extérieure des tubes 1 sera arrosée d'eau de ruissellement. A mesure qu'on augmente la quantité d'eau admise en 19, on augmente le nombre de rangées de tubes 1 qui reçoit de l'eau de ruissellement et l'on a ainsi le moyen ae régler commodément la quantité totale de cette eau, suivant les besoins.
En 20 se trouve un trop-plein afin d'éviter la production d'une surpression dans la chambre 15.
L'eau de ruissellement formant une couche très mince est partiellement évaporée et partiellement pulvérisée au contact du courant d'air aspiré à grande vitesse à travers les conduits 9 et le faisceau, tubulaire. L'eau non entraînée par l'air en 13 s'échappe par les orifices d'évacuation 21.
Le fonctionnement des pulvérisateurs et le refroidissement du faisceau tubulaire par le courant d'air mélangé de gouttes d'eau s'effectuent comme dans l'appareil suivant la fig.l, les flèches a, b et ± indiquant la direction du courant d'air chargé d'eau.
Les appareils décrits peuvent servir effica.cement au refroidissement de fluides de tous genres et des modifications peuvent évidemment être apportées à leur exécution, par exemple a la forme des surfaces d'échange de chaleur,, sans sortir du cadre de l'invention. Bien que l'eau soit ce loin le fluide le plus éco- nomique à employer en mélange avec l'air, d'autres liquides vola- tils pourraient naturellement être utilisés dans des cas particu- liers.
REVENDICATIONS
1.- Procéde pour le refroidissement accéléré de fluides, caractérisé en ce que la surface d'échange de chaleur en contact d'une part avec le fluide à refroidir, est balayée d'autre part par un courant d'air melangé d'eau en suspension auquel une très grande vitesse est imprimée par un tirage forcé.