Brevet FR2224710A1 — publié le 19741031

La présente invention concerne un procédé pour conditionner de l'air transporté sous la forme d'un courant d'air dans un canal d'écoulement, le courant d'air étant préchauffé et ensuite humidifié avec de la vapeur envoyée dans celui-ci sous forme pulvérisée. En outre, la présente invention a trait à un climatiseur et à un humidificateur à vapeur destinés à la mise en application de ce procédé. Dans le procédé connu, l'air à conditionner est aspiré en hiver entièrement ou partiellement de l'extérieur, auquel cas il présente une température basse et une faible teneur en humidité. Lorsque la vapeur est pulvérisée dans le courant d'air préchauffé, elle se trouve brusquement refroiaie consi derablement de manière à se condenser et a être entraînée dans le courant d'air à l'état de gouttelettes d'eau qui risquent fort de se déposer.De l'humidité ou de l'eau condensée ainsi déposée sur la paroi du canal d'écoulement a pour inconvénient que l'air à partir duquel de l'humidité s'est ainsi séparée présente non seulement une plus faible teneur en humidité mais, par suite de la chaleur libérée lors de la condensation de la vapeur, se trouve en meme temps à une température supérieure aux valeurs réglées à l'avance. Dans le procédé connu, l'humidité injectée sous forme de vapeur dans le courant d'air risque de se trouver encore sous la forme de gouttelettes d'eau dans l'air sortant de l'humidificateur à vapeur. Ces gouttelettes se déposent sur des objets, tels que les pales d'une soufflerie, se trouvant sur la voie d'écoulement de l'air. Afin d'éviter que de l'eau condensée ne se dépose ainsi, on munit l'humidificateur à vapeur fréquemment d'un conduit de sortie très long afin de permettre aux gouttelettes d'eau de rester plus longtemps dans l'humidificateur pour pouvoir s'y évaporer. Cependant, un conduit de sortie de forte longueur est coûteux et prend beaucoup de place dans un bâtiment.C'est pourquoi, dans une forme de réalisation connue d'un climatiseur du type mentionné, il est prévu derrière l'humidificateur à vapeur un séparateur de gouttelettes qui retire, dans une mesure difficilerzent prévisible, de l'humidité à l'air humide et chauffe ainsi ce dernier à un degré qui ne peut pas être déterminé à l'avance, ce qui oblige à nouveau a apporter une correction aux conditions ré glées. T.a présente invention a pour objet d'humidifier l'air de manière que la quantité totale de vapeur pulvérisée dans le courant d'air soit absorbée sous forme de vapeur par l'air de manière que de l'humidité ne risque pas de se déposer dans le climatiseur ni dans le conduit de sortie faisant suite à celui-ci, permettant ainsi aux dispositifs prévus à la suite de l'humilificateur à vapeur d'être réalisés, sans risque de rouille, en une matière qui n'est pas garantie contre la rouille et dcnt le prix de revIent est par conséquent réduit, le climatiseur étant capable de débiter de l'air présentant l'hu- midité relative et la température voulues. A cette fin, la présente invention crée un procédé du type mentionné dans lequel des tourbillons intensifs sont produits dans le courant d'air et la vapeur est injectée sous forme pulvérisée dans ces tourbillons importants. tes derniers mélangent l'air et la vapeur jusqu'à obtention d'une masse relativement homogène de sorte que seule la couche d'air limitant les parois du canal d'écoulement demeure à l'état laminaire et reste, par conséquent, relativement sèche. Cette couche d'air sèche protège la paroi du canal d'écoulement contre tout contact avec l'air humide contenant encore des gouttelettes d'eau. De préférence, les forts tourbillons sont produits au moyen d'une plaque de remous disposée dans le canal d'écoulement. Si la vapeur est projetée dans un courant d'air porté à une vitesse élevée, le mélange de l'air humide est plus intensif dans la partie centrale du courant d'air et la vapeur a moins de possibilité de se condenser sous forme de gouttes relativement grosses. En outre, la paroi du canal d'écoulement est mieux protégée par une couche d'air sèche. La vitesse accrue de l'écoulement d'air peut être obtenue en amenant la vapeur par un tube zen Vonturi et en projetant la vapeur,sous forme pulvérisée, dans le courant d'air au niveau du col du Venturi. Dans ce cas, la résistance et le bruit de l'air sont faibles andi qu'or obtient néanmoins, par suite .u pressage localement réduit seulecient, une vitesse élve de l'air et par conséquent un mélange intensif de l'air dans le courant. a présente invention concerne en êe tempos un climatiseur comprenant au moins une entrée d'air, un ventilateur, une sortie d'air, un dispositif refroidisseur, un dispositif de préchauffage et un humidificateur à vapeur muni d'au moins un tube > vapeur. Dans les climatiseur-s connus, l'air devant subir un traitement préalable est, en hiver, d'abord préchauffé dans un dispositif d-e préchauffage qui, afin d'obtenir une surface chauffée suffisamment grande, présente une section de passage relativement importante de sorte que la vitesse de l'air est de 2 à 3 mètres par seconde.Dans les climatiseurs connus, tous les autres dispositifs de traitement, comme par exemple le dispositif refroidisseur, un éventuel séparateur de gouttes et un éventuel dispositif de post-chauffage, un éventuel filtre ainsi que l'humidificateur présentent une même section de passage qui est choisie grande afin d'obtenir une surface de contact importante pour le dispositif de traitement concerné et pour prolonger la durée d'écoulement de l'air par le dispositif et, par suite, le temps de contact. En outre, une grande section de passage a pour avantage que 11 écoulement se produisant lors du conditionnement d'air provoque, à vitesse plus réduite, une résistance et un bruit de l'air moindres.Etant donné qu'un canal d'écoulement à section de passage importante est évidemment plus coûteux et prend davantage de place dans le bâtiment, tous les dispositifs de conditionnement sont disposés les uns contre les autres dans une enveloppe de façon à obtenir un passage important et continu, à peu près constant, à travers ces dispositifs, alors que les longs conduits d'amenée et de sortie s'étendant dans le prolongement de cette enveloppe présentent une plus faible section de passage afin de réduire le prix de revient de ces conduits et de pouvoir, en particulier, loger ceux-ci commodément dans un bâtiment. La présente invention a pour but de réduire le prix de revient du climatiseur à un minimum. il s'agit en particulier de prévoir pour l'humidificateur à vapeur un conduit de sortie présentant avantageusement une faible longueur. A cette fin, la présente invention crée un climatiseur du type mentionné plus haut dans-lequel des organes générateurs de-turbulence qui produisent des tourbillons sont disposés a proximité de l'entrée de l'humidificateur à vapeur et la section de passage minimale de l'humidificateur à vapeur est au maximum égale à 75 % de celle du. dispositif de préchauffage. La section de passage réduite de l'humidificateur à vapeur peut être obtenue en raccordant l'entrée de ce dernier à un tube de venturi. La résistance de l'air et le bruit de celui-ci sont-alors faibles tandis que l'on obtint néanmoins, par suite de la section de passage localement réduite seulement, une vitesse élevée de l'air et, par suite, un mélange intensif de celui-ci dans le courant d'air. Le tube à vapeur est-avantageusement disposé dans le col du venturi où la vitesse de l'air est supérieure à 4 mètres par seconde et, de préférence, inférieure à 8 mètres par seconde. Le plus court cond-uit de sortie ne présentant pas de risque de condensation peut être obtenu pour une vitesse moyenne de l'air dans lé col du venturi de 6 mètres -par seconde. Une condensation d'humidité sur la paroi de l'enveloppe est évitée du fait que les organes générateurs de turbul-ence produisent principalement de forts tourbillons dans la zone centrale de l'écoulement -dtair, tandis qu'une mince couche d'air protège la paroi contre tout contact avec l'air humide contenant encore des gouttelettes d'eau.Des organes généra- teurs de turbulence additionnels produisent un mélange de plus- en plus intensif de la mince couche d'air avec l'air humide-de manière à obtenir, au bout du conduit de sortie de l'humidifi capteur à vapeur, un écoulement d'air humide à peu près-homo- gène. tes organes générateurs de turbulence qui produisent les tourbillons intensifs peuvent être constitués par une plaque de remous disposée dans la zone centrale devant-un tube à vapeur. Les organes générateurs de turbulence additionnels peuvent être formés -par l'extrémité abrupte du-v-enturi. Un avantage du climatiseur suivant la pré-sente invention réside en ce que l'enveloppe peut, au niveau de l'humidificateur à vapeur, présenter une section de passage égale à la-petite: section de passage d'un conduit dé sortie et qui est souvent inférieure à 75 > de la section de passage du dispositif de préchauffage.Dans ce cas, l'ent@ée de l'humidificateur à vapeur peut être supérieure à 130 de la section de passage minimale de l'humidificateur à vapeur puisqu'il est prévu au niveau de entrée, sur les parois, des plaques de guidage qui, conjointement avec les organes générateurs de turbulence produisant les tourbillons importants, réduisent ia section transversale du canal d'écoulemant de manière à la ramener, de préférence, de 160 à 100 '. De plus, la présente invention crée un humidificateur à vapeur destiné au climatiseur suivant l'invention. L'invention est expliquée plus en dés il ci-dessous à l'aide des dessins annexés qui représentent des formas de réalisation préférées d'un climatiseur. La fig. 1 représente schématiquement un climatiseur suivant l'invention. Les fig. 2 à 5 sont respectivement des coupes longitudinales, à plus grande échelle, de différents humidificateurs à vapeur destinés au climatiseur représenté à la fig. 1. La fig. 6 est une coupe suivant la ligne VI-VI de l'humidificateur à vapeur de la fig. 2. La fig. 7 est une coupe, suivant la ligne VII-VII,de l'humidificateur à vapeur de la fig. 3. La fig. 8 représente schématiquement un autre climatiseur suivant l'invention. tes fig. 9 à 12 sont respectivement des coupes longitudinales d'autres types d'humidificateurs à vapeur prévus pour le climatiseur de la fig. 8. Le climatiseur 1 représenté à la fig. 1 est constitué par une enveloppe 2 qui contient un mélangeur d'air 4 raccordé à une entrée d'air 3, un filtre 5, un dispositif de préchauffage 6, un dispositif refroldisseur 7, un écran de pulvérisation 8, un humidificateur à vapeur 9, un dispositif de post-chauffage 10 et une soufflerie 12 raccordée à une sortie d'air 11. Un local à conditionner 13 d'un batifolent, équipé d'un ventilateur d'évacuation 49, communique, au moyen d'un conduit d'amenée-d'air 14 réglable à l'aide d'un clapet 15, avec le mélangeur d'air qui. communique en outre au moyen d'un clapet 17 avec l'atmosphère libre. ta sortie 11 communique avec le local 13 par un conduit de sortie d'air 18 du climatiseur 1. La section de passage A du filtre 5, du dispositif de préchauffage 6, du dispositif refroidisseur 7, de l'écran de pulvérisation 8 ainsi que du dispositif de post-chauffage 10 et la section de passage A de la sortie 19 de l'hum ficateur à vapeur 9 sont sensiblement égales de sorte que ces dis@ositifs de conditionnement 5, 6, 7, 8, 9 et 10 peuvent êre logés les uns à la suite des autres dans une enveloppe conti-lue 2. te climatiseur et, en particulier, la soufflerie 12 et la section de passage A sont dimensionnés de façon que la vitesse de l'air dans la section de passage A c,Ü it comprise entre 2 et 3 mètres par seconde. L'humidificateur à vapeur présente un tube de venturi 21 raccordé à son entrée 20. Dans le col 22 du venturi 21, il est disposé centralement un tube à vapeur 23 s'étendant sur la largeur de l'humidificateur à vapeur 9 et qui, par de petits trous 24 répartis sur la largeur de l'humidificateur à vapeur 9, projette de la vapeur qui, sous l'action d'organes générateurs de turbulence constitués par une plaque de remous 28 comportant de courtes brides 29, est envoyée sous forme de tourbillon énergiques 25 dans le courant d'air amené 27. Par suite de la turbulence violente de l'écoulement d'air, la vapeur 26 se trouve répartie d'une manière pratiquement homogène sur la section de passage B du col 22 de sorte qu'il se forme, au voisinage des parois 30 du venturi 21, de minces couches d'ir 31 qui ne sont pas ou guère humidifiées par de la vapeur uiais qui empechent toute condensation sur les parois 30. Le venturi 21 se termine de manière abrupte à une distance C de la paroi 32 de la sortie 19. L'extrémité abrupte 33 du venturi forme des organes générateurs de turtu- lence additionnels qui produisent des tourbillons additionnels 34 de sorte que les nonces couches d'air sec 31 se mélangent avec l'air humidifié et l'écoulement d'air à la sortie 35 de la section de passage A est à peu près uniforme. La section de passage minimale B de l'humidificateur à vapeur 9, c'està-dire la sec de passage du col 22 des deux côtés du tube à vapeur 23, st, suivant la présente invention, au maximum gale à 75 % de b section e passage A de sorte que la vitesse moyenne de l'air dans le col 22 est supérieure à 4 mètres par seconde. - pr-férence, cette vitesse de l'air est inférieure à 8 mètres par seconde. 'excellents résultats sont obtenus pour une vitesse moyenne de 5 à 7 mètres par seconde, une vitesse de l'air de 6 mètres par seconde étant optimale.Par résultats excellents, il faut ici entendre que toute la vapeur 26 présente dans le courant d'air 27 se trouve, après une sortie relativement courte 19, absorbée, au niveau de la sortie 35, sous forme-de particules de moins de 1 à 5 &num; , dimension pour laquelle les gouttelettes n'ont plus tendance à se condenser. Un exemple des dimensions d'un humidificateur à vapeur suivant l'invention est donné ci-après - la section de passage A est. de 6,4 m2 pour une hauteur d'enveloppe H de 1,6 m et une largeur B de 4 m; - la section de passage B est de 3,2 m2; - la surface de la plaque de remous 28 est de 0,6 m2; - la longueur P de la partie convergente du venturi 21 est de 0,4 m; - le rayon d'arrondi du venturi est de 0,1 m; - la longueur G du col 22 est de 0,2 m; - la longueur J de la partie divergente est de 0,5 m pour un angle de divergence 0 de 14 ; - la distance entre- la plaque de remous 28 et le tube à vapeur 23 est de 0,38 - la quantité d'air traité est d'environ 19 m3 par seconde; et - les longueurs D1, D2, D3 ou 14 du conduit de -sortie 19 dépendent de l'humidité relative désirée et sont respective- ment de 0,24; 0,7; 1,24 et 1,9 m pour une humidité relative de 75, 80, 85 et 90 %. Afin d'éviter une condensation sur le coté extérieur du tube à vapeur. 23, ce tube, dont les trous 24 sont dirigés en sens inverse de l'écoulement d'air 27 et dont i'alimentation 36 est commandée par une vanne conique 38, est entouré par une gaine 37 - par laquelle de la vapeur afflue à partir d'une amenée 39 en direction des flèches 40 vers la sortie 41 (voir la fig. 6).La sortie 41 communique avec l'alimenta -tion- 36 par un pot de condensation 16 présentant une sortie 44 pour l'eau condensée D lies dimensions la construction de l'humidificateur à vapeur de la fig. 3 sont les mêmes que pour la fig. 2, étant enten:. cependant qu'il est prévu un autre tute à vapeur 23 connu en soi (voir la ig. 7).Ce tube à vapeur 3 présente des trous 24 disposés dans 1 le t centrale du ccl et dirigés verticalement- vers le haut. ta vapeur passe à partir d'un tube intérieur 42, par-des ouvertures orientées vers le bas 43, dans le tube. à vapeur 23.- La vapeur est projetée vers le haut par les trous 24 tandis que de l'eau condensée, recueillie en bas dans le tube à vapeur 23, est évacuée par une sortie d'eau condensée 44. La fig. 4 représente un humidificateur à vapeur 9 dans lequel la hauteur du canal d'écoulement est à peu près deux fois plus importante que dans la fig. 2. La forme de réalisation de la fig. 4 est pour ainsi dire le doublement de celle de la fig. 2 puisque deux tubes de venturi 21 sont disposés l'un au-dessus de l'autre, chacun d'eux étant muni d'une plaque de remous 28 et d'un tube à vapeur 23. De même, la forme de réalisation de la fig. 5 constitue un doublement de celle de la fig. 3. lie climatiseur de-la fig. 8 est constitué par une enveloppe 2 contenant un mélangeur d'air 4 raccordé à une entrée d'air 3, un filtre 5, un dispositif de préchauffage 6, un dispositif refroidisseur 7, un écran de pulvérisation 8 et- une soufflerie12 raccordée par l'intermédiaire d'un humid-ificateur à vapeur 9 à une sortie d'air 11. Un local à conditionner 13 d'un bâtiment, équipé d'un ventilateur d'évacuation 49, communiqueb par l'intermédiaire d'un conduit d'amenée d'air 14, commandé par un clapet 15, avec le mélangeur d'air 4 qui communique. en outre, par un clapet 17, avec l'atmosphère libre. La sortie 11 communique avec le local 13 par un conduit d'évacuation d'air 18-. Le filtre 5, le dispositif de préchauffage .6, le dispositif refroidisseur 7 et l'écran de pulvérisation 8 présentent sensiblement une même section de passage A de sorte que ces dispositifs de conditionnement 5 à 8 peuvent être logés les uns à la suite des autres dans une enveloppe continue 2. Tes dispositifs de conditionnement, en particulier les ventilateurs 4 et 12 et la section de passage -A sont dimensionnés de façon que la vitesse de l'air dans la section de passage A soit comprise entre 2 et -3 mètres par seconde. L'hunidificateur à vapeur. 9 est monté derrière le ventilateur 12 et présente une section de passage B égale à celle B du conduit d'évacuation 18. Pour l'humidificateu à vapeur 9 et le conduit d'évacuation 18, on utilise le même conduit ininterrompu.L'humidificateur à vapeur 9 de la fi. 9 présente, à une distance F d'environ 0,4 mètre de son entrée 20, centralement dans le canal d'écoulement, un tube à vapeur 23 s'étendant sur la largeur de l'humidifica- teur à vapeur 9 (fig. 6) et qui, par de petits trous 24 répartis sur la largeur de l'humidificateur à vapeur 9, projette de la vapeur sous forme de forts teurbillons 25 qui, à l'entrée 20 de l'humidificateur à vapeur 9, sont produits dans le courant d'air 27 par des organes générateurs de turbulence constitués par une plaque de remous L8 présentant de courtes brides 29.Grâce à la turbulence violente de l'écoulement d'air, la vapeur 26 se trouve répartie pratiquement de façon homogène sur tout la section de passage B du canal d'écoulement 22 mais de telle sorte qu'il se ferme, a proximité des parois 30 du canal d'écoulement, de minces couches d'air 31 qui ne sont pas ou guère humidifiées par la vapeur et qui empêchent toute condensation sur les parois 1Q. Cet humidificateur à vapeur 9 utilise le conduit d'évacuation 18 e tant que sortie. Le long conduit d'évacua- tion 18 qui ne présente pas d'obstacles iaisse aux gouttes d'eau présentes dans l'écoulement d'air 27 beaucoup de temps pour s'évaporer.Simultanément, l'air sec des minces couches d'air 31 se mélangent progressivement avec l'air humide. Alors que la vitesse d'air dans la section de passage A est comprise entre 2 et 3 mètres par seconde, celle dans la section de passage B est de +,5 à 7,5 mètres par seconde. L'humidifi- cateur à vapeur 9 de la fig. 0 correspond à celui de la fig.9 à cette différence près cependant que le tube à vapeur 23 de la fig. 9 es-t placé, comme 1 plaque de remous 28, à 1/3 T de la hauteur totale T du canal d'écoulement. L'humidificateur à vapeur 9 de la fig. 11 correspond à celui de la fig. 10, mais le tube a vapeur 23 et la laque de remous correspondante 28 sont placés à peu près centralement dans ie canal d'écoulement, alors qu'au voisinage de l'entrée 20 de l'humidificateur à vapeur 9 il est prévu, sur la paroi 30 du canal d'écoulement, des plaques zone guidage iclins 45 qui rétrécissent ce dernier de manière à le ramener de 130 à 100 %.De prifér @@e, le s@@ti@ @ @ ssage B au voisinage de l'entrée 20 est égale à une valeur comprise entre 150 et 170 %, de préférence à 160 %, de la section de passage minimale Q. L'angle d'inclinaison d des plaques de guidage est de 30 %. Les plaques de guidage 45 font suite à des plaques transversales 46 qui constituent des organes générateurs de turbulence additionnels. L'humidificateur à vapeur de la fig. 12 présente deux canaux d'écoulement séparés par une paroi longitudinale 47. Les plaques de rem@us 28 se trouvent à une distance F de 0,1 mètre devant la section de passage la plus étroite Q. Suivant les fig. 11 et 12, la vitesse de @'air augmente de façon à être portée de 6 mètres par seconde, de préférence à 10 mètres par seconde, dans la section de p@ssage minimale Q. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour conditionner de l'air transporté dans un canal d'écoulement-sous la forme d'un courant d'air, ce dernier étant soumis à un préchauffage et ensuite humidifié avec de la vapeur qui y est projetée sous forme pulvérisée, caractérisé en ce que des tourbillons importants sont produits dans le courant d'air, de- préférenee au moyen d'au moins une piaque de remous disposée dans le canal-d'écoulement, et en ce que la vapeur est projetée dans ces tourbillons importants. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la vapeur est projetée dans le courant d'air, amené à une vitesse d'écoulement accrue, de préférence au niveau du col d'un tube de venturi. 3 - Procédé suivant la-revendication 2, caractérisé en ce que la vitesse moyenne de l'air dans le col de venturi est supérieure à 4 mètres par seconde et inférieure à 8 mètres par seconde et présente, de préférence, une valeur comprise entre 5 et 7 mètres par seconde et, en-particulier, une valeur d'environ 61 mètres par seconde. 4 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la vapeur est projetée dans un humidificateur à vapeur prévu dan-s le canal d'écoulement où la section de passage est sensible tent plus petite que celle d'un dispositif de préchauffage, la vitesse moyenne de l'air préchauffé augmentant de préférence d'abord considérablement et croissant ensuite, juste avant l'humidification par de la vapeur, localement encore par un facteur de 1,5 à 1,7 et, de-préSérence, de 1,6. 5 - Climatiseur comprenant-au moins une entrée d'air, unvantilateur, une sortie d'air, un dispositif refroidisseur, un dispositif de préchauffage et ul humidificateur à vapeur muni d'au moins un tube à vapeur, caractérisé en ce que des organes générateurs de turbulence produisant des tourbillons et const-itués par exemple par au moins une plaque-de remous sont disposes à proximité de l'entrée de lihumidificateur à vapeur. 6 - Climatiseur suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la section de passage minimale de l'humidificateur à vapeur est au-maximum égale à 75 eÓ de la section de passage du dispositif de préchauffage, un tube de venturi étant raccordé de préférence a-- l'entrée de l'humidificateur à vapeur et celuici étant monté en particulier dans le col du venturi. 7 - Climatiseur suivant l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que des organes générateurs de turbulence additionnels produisant des tourbillons additionnels a-proxi- mité de la paroi de l'humidificateur à vapeur sont formés de préférence par un côté se terminant de manière abrupte à une certaine distance-de la paroi de l'humidificateur à vapeur. 8 - Climatiseur suivant l'une des-revendications 5 à 7, caracterisé en ce que la section de passage à l'entrée de l'humidificateur à vapeur est au maximum égale à 75 % de celle du dispositif de pré chauffage, la section de passage au niveau de l'entrée de l'humidificateur à vapeur étant de préférence supérieure à 130 % de la section de passage minimale de l'humidificateur à vapeur et étant de préférence comprise entre 150 et 170 % de cette dernière. 9 - Climatiseur suivant l'une des revendications 5 à 8,- caractérisé en ce qu'il est prévu, à proximité de l'entrée de lthumidifieateur à vapeur, sur la paroi de celui-ci, desplaques de guidage inclinées qui rétrécissent le canal d'écoulement et font de préférence suite à des plaques transversales qui forment des organes générateurs de turbulence additionnels. 10 - Humidificateur à vapeur destine à être utilisé spécialement dans un climatiseur suivant l'une des-revendica- tions 1 à 9.