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La présente invention est relative à un corps de transfert permettant de modifier un changement de l'état d'un milieu à l'aide d'un autre milieu, un de ces milieux étant un gaz et l'autre un liquide. Ce corps est divisé par des séparations en espaces dans lesquels les deux mi- lieux viennent en contact direct.
Un exemple d'un domaine dans lequel l'invention est applicable consiste en une tour de refroidissement compor- tant des espaces traversés par de l'air et de l'eau. Une petite partie de l'eau passant dans le corps de transfert est vaporisée dans l'air, la chaleur requise pour cette éva- poration étant prise à l'eau qui, par suite, est refroidie.
En ce cas, le changement d'état envisagé consiste en une ré-
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duction de la température de l'eau qui est ensuite utilisée dans des systèmes de conditionnement d'air ou appareil ana logue. Toutefois, le changement d'état peut être basé sur une absorption ou une condensation ou même uniquement un transfert de chaleur par convection.
Dans le brevet français N 1.103.999 du 12 juillet 1954, on a décrit des séparations constituées par des feuil- les parallèles maintenues à distance par des pièces d'écar- tement et, du fait du faible espacement des feuilles, on ob- tient des coefficients élevés de transfert en ce qui con- cerne le changement d'état désiré. On peut également dire que l'idée de principe de ce brevet antérieur est de réali- ser, dans un volume déterminé du corps de transfert, des surfaces de feuilles ayant une superficie totale sensible- ment plus grande que dans les appareils ou systèmes du même genre connus jusqu'ici, les intervalles individuels ainsi créés étant également très actifs.
Toutefois, la faible distance entre les couches pose un problème extrêmement difficile du fait que le liquide ou des gouttes de celui-ci sont susceptibles de former des ponts sur les espaces compris entre les couches, en particulier sur le bord externe inférieur de ces couches où le liquide sort du corps de transfert. Alors que le liquide est intro- duit dans les intervalles du corps de transfert dans le haut de ce corps, le gaz monte suivant le principe du contre- courant, de sorte que le liquide qui se rassemble dans l'in- tervalle tend à empêcher ou au moins à réduire sensiblement les conditions d'échange entre les deux milieux.
Dans le brevet antérieur, on remédie à cette difficulté en formant les couches, du côté de sortie du liquide, de telle sorte que ce liquide est obligé de s'écarter et ainsi de laisser une ouverture pour l'écoulement du gaz qui entre dans les intervalles. Dans une construction préférée décrite, les
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feuilles ou couches comportent du côté de la sortie des saillies ayant une hauteur telle que la tension superfi cielle ou force capillain n'est susceptible de retenir le liquide que sur les extrémités libres de ces saillies.
Le problème du maintien des gouttes de liquide de- vient particulièrement important lorsque les intervalles dans les trajets des courants sont de.forme tubulaire, c'est- à-dire que les canaux ont en section transversale la même dimension dans tous les sens et, par suite, n'ont pas une largeur correspondant à celle des feuilles ou à une partie importante de celle-ci, comme dans le cas indiqué dans le brevet en question. Avec des canaux tubulaires, on a consta- té que les gouttes de liquide sont susceptibles d'obstruer la surface d'écoulement dans une mesure sensiblement plus grande du.diamètre que dans le cas d'intervalles ayant une largeur correspondante, mais beaucoup plus grands dans l'autre sens.
On a cependant trouvé qu'il était possible du fait de la forme des bords de sortie du liquide indiquée ci-dessus, de construire le corps de transfert en canaux tubulaires sans craindre qu'ils soient bouchés par des gout- tes du milieu liquide.
Le principal avantage que donne la construction tubu- laire est qu'il est possible de construire le corps de transfert de la manière la plus simple et en une matière bon marché, de sorte qu'il peut être fabriqué à bas prix, sans aucune limitation dans les exigences en ce qui concerne une capacité élevée dans un volume déterminé du corps de trans- fert. Dans une forme de réalisation préférée, le corps de transfert est construit suivant le principe des parois en carton, c'est-à-dire qu'il est composé de feuilles ou de couches de matière fibreuse, de préférence en papier ou en carton, ces feuilles étant alternativement planes et ondu-
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Daito un G(,Ll"';" (i<.; t1.',,[;;" fert de ce genre, le couche::; e11ü :::;-It,.,;;,; ccrnwt;itu:r; 1., pièces d'écartement, de sorte que l'on n'a pas buccin d';1'fOi.. recours à ces derniers éléments. A ce ,;uj(.4.-, on p=;1=t di:!:',; que le corps de transfert a souvent de grandes surfaces de bout sur lesquelles les milieux coulent pour entrer dans 1 canaux et en sortir, et ceci, en combinaison avec le faibl intervalle entre les feuilles, donne un nombre de feuilles extrêmement grand.
Une condition ci-dessus mentionnée en vue de rendre efficace le corps de transfert est de supprimer la force de la tension superficielle, et ce résultat est atteint selon l'invention à l'aide de dispositifs prévus sur les bords des canaux par où sort le liquide de façon que le liquide qui passe sur ces bords laisse le canal ouvert. Dans une forme particulièrement avantageuse de l'invention, ce bord a dans le sens de la longueur des canaux une dimension qui dépasse la hauteur de succion du liquide produite par la for ce capillaire dans ce canal.
On va décrire l'invention plus en détail à l'aide de formes de réalisation données à titre d'exemple et répré sentées sur les dessins annexés dans lesquels:
La fig. 1 est une coupe verticale longitudinale d'u e tour de refroidissement selon l'invention.
La fig. 2 est une vue en perspective du corps de trans- fert faisant partie de la tour de la fig 1.
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La fig. 3 représente une partie du bord d' Jcou1....'::.'nt. du corps de tranfet représenté en perspective oblique en regardant par le bas.
La fig. 4 est une vue en perspective d'une varlante
L'enveloppe 10 de l'appareil contient un corps de trane-
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fert désigné dans son ensemble par 12. Dans la forme de réa lisation de l'appareil représentée sur les fig 1 à 3, ce* corps est de section transversale circulaire et comporte une partie centrale ou moyeu 14 autour duquel est enroulée une feuille de carton ou de papier ondulé de manière à for- mer une bobine. Le carton ondulé consiste en une feuille plane 16 en papier et une feuille ondulée 18 en papier, re- liées le long des sommets 20 des ondulations, (fig. 3) à l'ai de dtùn liant qui, de préférence, n'est pas soluble dans l'eau.
Les ondulations ont de préférence une forme sinusoï- dale et une longueur d'onde qui, de façon connue, peut légè rement dépasser deux fois la hauteur des ondulations. Il est avantageux. également d'aplatir les enroulements indivi- duels de la feuille de carton ondulé de manière à les faire adhérer les uns aux autres suivant des zones de contact en- tre les feuilles planes et celles ondulées. Les canaux tubu- laires 22 constitués entre les feuilles sont disposés verti- calement dans l'enveloppe 10.
Le corps de carton ondulé est entouré d'un boîtier métallique cylindrique 24 qui, sur sa face extérieure, peut être muni d'une bride faite d'une cornière 26 servant à supporter le corps de transfert en'le faisant reposer sur une bride analogue 28 disposée sur la paroi intérieure de l'enveloppe 10. Ces brides constituent en même temps un joint empêchant l'air de passer en cet endroit. Afin de conférer la résistance requise, il peut être prévu dans le corps en car- ton ondulé des bras radiaux 30 dont les extrémités inté- rieures sont fixées sur le moyeu 14 par vissage ou enfonce- ment à force. Les bras sont fixés sur la face extérieure du bottier 24 à l'aide d'écrous 32.
Ces bras peuvent monter à partir du boîtier 24 vers le moyeu 14 de manière à utiliser leur capacité de renforcement de la manière la plus avan- tageuse
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Les couches foHuant les canaux 2 S0lJt- 1'., tes en ''-..: entière susceptible dT;.il::;.rW ,r ltw.xu ou d'J",ré ...r,'iàil.., ;,.r celle-ci. Pour cette raison, cettc in:dt14r# ust. d'j '-'''i, de nature fibreuse, la matiëro la meilleure ii.;,;.-ché é±;:1.>J L; papier qui peut avoir une épaisseur dose ¯:da:.. , : 1;. 1 ou plusieurs dixièmes de tnm. puisque le : ;,. ë: e e, '01. ondulé donne en lui-même la résistance su=±1.;;:;,.,.. - *".5 donné que le papier est au contact direct du liquide - qui est de l'eau dans le cas actuel - il est important que le papier soit dans une certaine mesure résistant à l'eau.
Ainsi, on peut imprégner le papier d'une substance appro- priée telle que de l'asphalte, une matière plastifiée syn thétique ou une résine synthétique du type durcissant à chaud; par exemple une résine à la mélamine, à la carbamide ou phé- nolique. A ce sujet, il est important que le papier n'absor- be pas une quantité de l'agent d'imprégnation telle que sa capacité d'absorption du liquide soit réduite en-dessous d'une valeur déterminée. La quantité en poids de la résine peut être de 4 à 20 % et même 30 % du poids du papier. La distance entre les feuilles planes est de préférence d'en- viron 3 à 4 mm., ce qui assure un coefficient élevé de transfert entre les milieux qui sont en contact dans les ca- naux et qui dans le cas actuel, sont de l'air et de l'eau.
L'eau arrive au corps de transfert dans le haut par une conduite 34 sur l'extrémité intérieure 36 de laquelle est monté à rotation un arroseur. Celui-ci comporte des bras présentant de petites ouvertures de sortie 40 disposées suivant une ligne telle que lteau s'échappe sensiblement en direction horizontale à l'extérieur de ces bras, les jets d'eau étant dirigés plus ou moins vers le bas vers le moyeu de l'arroseur afin que les jets viennent frapper uniformé ment la surface supérieure du corps de transfert. L'arroseur est actionné par la force de réaction résultant de l'échar-
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peinent de l'eau.
Une conduite 42 servant à l'évachation de l'eau refroidie est branchée sur la partie inférieure fermée de l'enveloppe 10 L'eau consommée est remplacée à partir d'une conduite d'alimentation 44 munie d'un robinet 46 coo- pérant avec un flotteur 48 de manière à maintenir sensi- blement constant le niveau de l'eau dans l'enveloppe.
Un ventilateur 52, act' nné par un moteur 50 et placé dans le haut de l'enveloppe 10 aspire l'air ambiant à tra- vers le corps de transfert, cet air pénétrant dana l'appa- reil par des entrées 54 disposées en-dessous du corps de transfert. Il peut être prévu un séparateur d'eau 55 consti- tué par des cornières entre l'arroseur 38 et le ventilateur 52.
Conformément à l'invention, les bords inférieurs des feuilles de carton ondulé sont découpés en dents de scie de manière à former des saillies 56 suivant des lignes 58 (fig.
2) et s'étendant de préférence sur un certain nombre (par exemple quatre à six) des canaux 22 ménagés entre chaque pai- re de couches constituée par une feuille plane et une ondu- lée. Le découpage suivant les lignes 58 fait que les parois limitant un canal 22, constitué dans l'exemple représenté par la feuille plane 16 et une ondulation de la feuille 18 comportent un bord inférieur incliné.'Ce bord doit ainsi avoir, en direction verticale, entre les lignes 60 et 62 de la fig. 3, une dimension qui est au moins aussi grande et de préférence plus grande que la hauteur suivant laquelle l'eau est aspirée vers le haut dans un canal ayant la même surface d'écoulement et un bord inférieur horizontal.
La fig.3 représente la partie d'une saillie 56 placée entre la base de cette saillie et une ligne verticale pas- sant par la pointe de cette saillie.
Dans l'exemple donné ci-dessus, avec un intervalle entre les feuilles planes dtenviron 4. mm., l'inclinaison de la ligne 58 par rapport à la verticale, est de préférence
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d'environ 15 à 23 do manière à permette une sorble fég lière du liquide. L'angle d'inclinaison peut être plus grand lorsque l'eau sort plus facilement du fait du transport dans la fouille elle-même de la matière. Le liquida, qui, dans le cas actuel est de l'eau, après être descendu dans les ca- naux 22, suit les bords inférieurs inclinés jusqu'à l'extrré mité libre des saillies 56,
ce qui fait que les ouvertures de sortie sont ainsi maintenues sans liquide dans une mesure suffisante pour permettre à l'air qui monte de pénétrer dans les canaux. Du fait que l'eau mouille les parois des canaux, elle forme une pellicule mince sur ces parois. L'eau qui s'échappe par l'ouverture dtun canal placé à une certai- ne hauteur au-dessus de la pointe s'écoule le long des bords inférieurs des feuilles 16 et 18 jusqu'aux pointes des sail- lies, sans bloquer aucune des ouvertures de canal situées plus bas.
Les conduites 34 et 42 servent, par exemple, à faire communiquer l'appareil avec un condenseur, dans un système de conditionnement d'air ou installation analogue (non re- présentée). L'eau va de la conduite 34 à l'arroseur 38 qui la répartit sur le corps 12. Pendant son passage dans les canaux 22, l'eau rencontre l'air dans lequel une petite par- tie de l'eau se vaporise en augmentant dans une mesure corres. pondante la teneur absolue en humidité de l'air. Cette éva- poration absorbe de la chaleur et l'eau se refroidit.
Plus la section transversale des canaux 22 est fai- ble, plus est élevé le coefficient de transfert entre les deux milieux, mais en même temps, le bord de sortie incliné doit avoir une plus grande dimension dans le sens vertical, ce qui en pratique établit un minimum pour l'espacement entre les feuilles planes du corps de transfert. Le maximum de la valeur de cet espacement doit être détermine en calculant la section transversale du canal qui rend les gouttes de
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liquide incapables de boucher l'ouverture de sortie du canal.
En tenant compte de la capacité élevée désirée du corps de transfert, il est très avantageux de rester aussi loin que possible en-dessous de ce maximum. Les dimensions verticales totales des canaux 22, qui varient du fait de l'établisse- ment des saillies 56, sont déterminées en tenant compte de la réduction désirée de la température de l'eau de refroidisse- ment, des quantités 'des deux agents qui y passent et de la perte de charge admissible de l'air. La longueur totale des canaux, dans un système ayant un espacement de r mm entre les feuilles planes, peut être de l'ordre de 150 à 400 ou
500 mm
Un système tubulaire de canaux, en combinaison avec la matière fibreuse absorbant l'eau qui constitue le système, présente un autre avantage important.
Les jets d'eau sor- tant de l'arroseur rencontrent le courant d'air qui monte dans les canaux et il est important que les gouttes d'eau soient retenues au maximum par les parois des canaux. Si le corps de transfert est fait de feuilles de nature hydrofuge, disposées parallèlement les unes aux autres, on constate qu'un grand nombre de petites gouttes d'eau qui ont déjà péné- tré dans les canaux sont rejetées'et s'en vont avec le cou- rant d'air au séparateur. Un corps de transfert fait selon l'invention est susceptible de transférer de manière efficace les gouttes d'eau sur les parois, ce qui fait qu'une très faible quantité dteau est entraînée par le courant 'd'air.On obtient en outre un bon guidage automatique à la fois de l'agent liquide et de l'agent gazeux.
Une goutte de liquide, une fois qu'elle a pénétré dans un canal, descend directe- ment, dans celui-ci jusqu'à l'ouverture de sortie et il ne se produit pas par suit.3 d'agglomération de liquide tondant à rendre des parties du corps de transfert plus ou moins inactives et à obliger le courant de gaz à se dévier. Un pre
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101htHkmt du trajet du Gaz cntraJ:r#r;,Ít. i.. un,.: ;;. ,,, ,.<,: i,,l.=,,i de la perte de charge.
La for[:i0 do réalisation de la fi;:,. 4 :iJ'f'¯r. (:. ',.;11--: ci-dessus par le fait que le corps de tr:n..:( l't ot, bzz .L01;..,;; carrée, les feuilles 16 et 19 du carton ondula ;r.:.r.t 1<#arc faces parallèles les unes aux autres. l'eau à refroidir ar
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rive par la conduite 34 qui se divise en deux Fr:net; ,3 64 api- lant aux arroseurs 66 disposés de part et d'autre de l'appa reil. Dans cette forme de réalisation, les arroseurs 66 sont fixes et ils sont munis d'un certain nombre d'organes dé viants 68, présentant des angles d'inclinaison variables par rapport au paquet de feuilles ondulées. Entre les organes dé viants se trouvent des rangées d'ouvertures de sortie 69 dont une seule est visible sur la figure.
Les saillies 56 qui, dans la forme de réalisation précédente, étaient de préférence découpées avant que la feuille de matière ondulée ne soit mise sous forme cylindrique, sont faites dans le cas actuel lors de la fabrication du corps de carton ondulé. De cette manière, on obtient des rangées de saillies parallèles s'étendant perpendiculairement à la surface des couches de carton ondulé.
Le boîtier 24 est muni à son sommet plique de recouvrement 70 servant de butée et de ferme pour les bords du paquet en carton ondulé. Afin de maintenir ce paquet dans le boitier 24 des boulons 72 peuvent le traverser en passant dans les deux côtés opposés du bottier 24.
L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisa- tion représentées et décrites à titre d'exemples. Le corps de transfert peut être fait de cloisons consistant indivi- duellement en plusieurs couches dont l'une peut servir de renforcent tandis qu'une ou plusieurs autres coucha peuvent
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avoir la capacité voulue dtab8OrPt!On et tit,"c mouillas par le liquide. On peut utiliser comme pour les couches du
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corpsde transfert des feuilles d'amiante ou de laine de verre et, dans certains cas faites d'une feuille métallique ou d'une, toile métallique à mailles fines. Le système de ca- naux constitué dans le corps de transfert 12 peut avoir un système en nid d'abeille obtenu en plissant toutes les feuil- les.
Le corps de transfert peut également être fait d'éléments tubulaires disposés parallèlement les uns aux autres et pou- vant être faits en une matière végétale telle que de la paille.
Au lieu de découper les feuilles perpendiculairement au prolongement de la surface des feuilles, les faces décou- pées peuvent également partir de l'avant à travers les ondu- lations en faisant un angle tel que le plan de l'entaille rencontre le plan de la feuille de carton ondulé suivant une ligne horizontale au cas où le corps serait disposé ver- ticalement. Dans certains cas, le corps de transfert peut être monté à rotation, auquel cas l'agent liquide peut le traverser en direction radiale, en s'écartant de l'axe.
Si l'on doit utiliser le corps de transfert pour hu- midifier de l'air, l'arrivée d'eau peut être faible de ma- nière à correspondre aussi exactement que possible à la quan- tité d'eau sortant avec l'air sous forme de vapeur. Le corps de transfert peut servir pour une absorption, c'est-à-dire pour séparer d'un gaz une vapeur condensable, par exemple de la vapeur d'eau à séparer de l'air, le liquide étant en ce cas de préférence une solution saline contenant par exemple du chlorure de calcium ou du bromure de lithium. Lorsqu'il ne sert qu'au transfert de chaleur, le liquide peut être d'un type presque non volatil, n'absorbant pas la vapeur présente dans le gaz, par exemple la vapeur d'eau contenue dans l'air.