Brevet FR2314462A1 — publié le 19770107

La présente invention se rapporte à un procédé d'échange d'énergie thermique, dans lequel deux courants de milieux, séparés par un matériau échangeur, subissent une influence réciproque pour modifier leur teneur en anergie initiale, ainsi qu'à un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. Le principe fondamental dtun échange de chaleur est représenté de façon schématique sur la figure 1 et sur les diagrammes correspondants des figures 2a et 2b et se compose d'un échangeur de chaleur I, traversé par deux courants de-milieux séparés par des parois de séparation adéquates, d'une part l'air d'amenée 2 qui provient de l'air extérieur, et d'autre part le courant d'air évacué 3 qui, par exemple, dans un bâtiment régulé au point de vue de la climatisation, est évacué comme air de rejet. Au point de vue de la teneur énergétique de ces deux courants de milieux I et 2, des rapports différents s'établissent en hiver et en été, rapports explicités de façon plus précise sur les figures 2a et 2b.Pour la marche en hiver, il est admis que l'air extérieur, avant son introduction dans l'échangeur de chaleur, présente une température donnée et une humidité donnée correspondant au point i1 du diagramme de la figure 2a. De meme l'air interne à évacuer dans le courant de rejet 3 possède une certaine teneur en chaleur qui correspond au point i3 de température plus élévée et d'une teneur en humidité plus grande.Par la suite on désignera les courants de milieux passant à travers l'échangeur de chaleur uniquement par courant d'air de rejet 3 et courant d'air d'amenée 1, quoique, bien entendu d'autres possibilités d'échange de chaleur avec utilisation d'autres milieux, c'est-à-dire des substances gazeuses ou liquides, sont possibles Le principe connu de l'échangeur de chaleur dans lequel ces deux courants sont toujours séparés l'un de l'autre, mais qui sont mis en contact suffisamment étroit pour qu'une transmission de chaleur soit possible, amène un réchauffement de l'air froid extérieur du courant d'amenée par l'air chaud intérieur ce qui provoque, de façon connue, un abaissement de température de celuici ainsi qu'une perte partielle de son humidité par des condensations sur les parois d'échange de chaleur opposées à celles balayées par l'air froid extérieur, de sorte que le courant de rejet se modifie jusqu'au point d'enthalpie i4 comme il est visible sur la figure 2a. La température du courant d'amenée s'élève simulta nément de ce fait à une teneur an humidité constante jusqu'au point i2 du diagramme de la figure 2a ; de plus on a porté sur ce diagramme la courbe des humidités relatives égale à 100 %.Les conditions de fonctionnement pendant l'été, période pendant laquelle un tel échangeur de chaleur sert au refroidissement de l'air d'amenée, sont representées sur la figure 2b ; elles se différencient du fonctionnement d'hiver en ce que les teneurs absolues en humidité dans le courant d'air d'amenée et le courant d'air d'évacuation ne se modifient pas ; la ligne de point de rusée n'est pas atteinte. Seule la température du courant c'ai d'amenée s'abaisse du point i1 au point i2, alcrs que le courant d'air d'évacuation, qui est évacué du local refroidi, subit une élévation de température de i3 au point i4 du fait de l'influence de l'air extérieur plus chaud. La présente invention s'est donnée pour tâche d'intégrer l'échange de chaleur, par amélioration des conditions qui sont à sa base, dans un tel système et d'obtenir un échange calorique nettement meilleur. Pour réaliser cette tâche, l'invention part du procédé cité au début et elle consiste, conformément a l'invention, en ce que pour élever la quantité de froid d'un milieu introduit (courant d'air d'amenée), le milieu évacué (courant d'air d'évacuation) qui est en relation avec lui par l'intermédiaire de l'échangeur de chaleur est humidifié à chaque fois avant son entrée dans l'échangeur de chaleur. Pour la mise en oeuvre de ce procédé, le dispositif selon l'invention comporte un échangeur de chaleur qui présente ces pliques d'échange thermique en silicates techniques, de préférence des plaques de verre, et devant la zone d'admission du courant de milieu à humecter duquel est placé un dispositif de pulvérisation. Dans ce qui suit le procédé selon l'invention, ainsi qu'un dispositif permettant sa mise en oeuvre sont explicités à titre d'exemple par des figures ; on verra sur Fig. 1 le principe fondamental connu de l'échange thermique en représentation schématique. Fig. 2a et 2b des diagrammes explicitant de façon plus précise ce principe fondamental en marche d'hiver et d'été. Fig. 3 un échangeur de chaleur avec humidification de l'air intérieur évacué, en représentation schématique. Fig. 4 un diagramme qui donne l'utilisation améliorée du princi pe de l'échange thermique selon l'invention. Dans ce qui a été dit plus haut, on a déjà donné de façon plus précise l'explication des figures 1 ainsi que de celles 2a et 2b, la figure 3 montre à présent comment procéder pour améliorer de façon inattendue échange thermique en fonctionnement d'été. Sur la figure 3, on a donné le repère 1 à l'échangeur de chaleur dont la structure sera encore décrite de façon plus détaillée par la suite, et qui se prête particulièrement à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; la circulation d'air évacué est daignée par 3 et la circulation d'amenée par 2. Avant d'entrer dans l'échangeur de chaleur 1, l'air intérieur, à une humidité relative et une température données (point i3 du diagramme de la figure 3b), est humidifié intensivementpar addition d'un matériau adéquat, généralement de l'eau.Ceci peut être réalisé par passage du courant d'air d'amenée à travers un rideau d'eau en ruissellement, mais il est également possible, comme on l'a représenté sur la figure 4 de pulvériser de l'eau au moyen d'une rampe distributrice 6, équipée d'une vanne de réglage et de buses de dispersion dans la circulation d'air interne avant l'échangeur de chaleur 1, ce qui permet simultanément de mouiller les plaques d'échange de chaleur situées entre le courant d'air d'amenée et celui interne de l'échangeur de chaleur 1 sur leurs faces qui sont en contact avec l'air interne.Cette humidification de l'air interne entrains un changement d'état adiabatique dans cette circulation dtair, caractérisé en ce que lténergie nécessaire à l'évaporation du liquide qui se produit forcément, est enlevée à la circulation d'air même dans laquelle le liquide est introduit ; ceci se fait avec un refroidissement sensible de cette circulation d'air. On peut introduire dans le courant d'air interne plus de liquide, par exemple, de 11 eau que celui-ci nten peut absorber à l'état de vapeur. Cette eau excédentaire prend, comme on le sait, la température de la sphère humide du courant d'amenée, température qui est plus basse que la température de la sphère sèche. L'eau excédentaire froide, finement pulvérisée, mouille, en traversant l'échangeur de chaleur, les surfaces d'échange , ce qui entraîne un nouvel abaissement du courant d'air interne qui balaie ces plaques. La figure 4 donne la meilleure utilisation de l'échange de chaleur obtenue de ce fait pour un échangeur de chaleur donné. L'humi dification provoque, en raison des influences mentionnées plus haut, une modification du courant dtair interne avant son entrée dans l'échangeur de chaleur (et à l'intérieur de celui-ci) de i3 en direction de tf. Le refroidissement de l'air interne obtenu de ce fait donne, par rapport à l'état d'entrée de air externe, une différence de températures bien plus élevée.Comme dans des échangeurs de chaleur de récupération, l'échange thermique, pour des dimensions donnés de l'appareil et des courants de milieux donnÉs, est proportionnel à la différence de température des courants entrants, cette élévation de la différence des températures signifie un accroissement du rendement en échange thermique de 100 % et audelà. Les changements d'état correspondants de l'air sont portés comme suit sur la figure 4. Réchauffement de l'air interne sans humidification de i3 vers i4', avec humidification de i3 vers i4. Refroidissement de l'air externe sans humidification de i1 vers i2', avec humidification deux1 vers i2. L'avantage économique réside par exemple dans le fait que, pre mièrement les appareils qui doivent être installés pour le refroidissement de la circulation d'air externe peuvent & re de dimensions plus faibles, cette diminution correspondant à la valeur du refroidissement de i2' à i2, et que deuxièmement les frais d'exploitation de l'installation de réfrigération diminuent en ce sens, que pour obtenir ce refroidissement de la circulation d'air externe de i2' à i2, aucune énergie mécanique, seule une quantité d'eau relativement faible, est consommée. Le dispositif servent à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention comporte un échangeur de chaleur constitué par un empilement de plaques échangeuses, maintenues écartées les unes des autres, en silicates techniques, de préférence en verre, ou en matière plastique. De ce fait, l'air externe et interne introduits, très humides selon les cas, et, éventuellement aussi l'arrosage des plaques échangeuses elles-mdmes, sont sans effet surie comportement du matériau et sa sécurité à la corrosion, tout au contraire une pellicule d'eau éventuelle sur les surfaces externes des plaques échangeuses en verre augmente considérablement le passage de la chaleur d'un courant de fluide à l'autre. Les plaques de verre sont maintenues de façon avantageuse écartées les unes des autres par des tasseaux d'écartement en matière plastique Le montage d'un empilement de plaques convenant à échange de chaleur s'opère par exemple comme suit : selon les exigences de solidité de l'échangeur de chaleur, on met en place aux endroits indiqués des tasseaux d'écartement de dimensions limitées ; en tant que produit de collage et d'étanchéité, on utilisera de préférence des colles synthétiques à base de silicone.De la même façon, il est recommandable de munir immédiatement les parties latérales correspondantes de la plaque échangeuse d'éléments d'étanchéité constitués par le meme matériau, désignés par la suite comme serpentins de pression et qui peuvent par exemple être montés de façon telle qu'un récipient en forme de tube applique sous pression constante et avec une vitesse égale son contenu sur une partie marginale. Le montage ultérieur s'effectue ensuite de façon analogue jusqu a ce que l'empilage désiré de plaques soit obtenu. Par la suite, on laisse durcir la colle synthétique, de sorte qu'on arrive à un empilage de plaques échangeuses de chaleur qui possède une certaine élasticité et peut absorber sans difficultés d'éventuelles tensions, ces tensions pouvant par Exemple se produire par l'amenée de l'eau de refroidissement. La colle synthétique utilisée a de plus une haute résistance à la température et elle peut résister à l'influence de la tempérafure jusqu'à 240 C et au-delà, de plus, elle a une résistance élevée à l'action des abrasifs. En tant que matériau de collage et d'étanchéité, on utilise par conséquent de préférence une colle synthétique à base de silicones qui, outre sa haute résistance aux températures élevées, présente urerésistance à l'action de matièresabrasives et qui est appliquée à l'état visqueux et durcit au bout d'un laps de temps prédéterminé en pendant une consistance tenace accompagnée d'une très bonne élasticité. En même temps, une telle colle synthétique présente un pouvoir adhérent excellent, de sorte qu'il est impossible de la détacher des plaques de verre utilisées comme plaques échangeuses. Enfin, il est encore possible d'assembler un tel échangeur de chaleur convenant à l'arrosage par de l'eau ayant de très grandes dimensions dans le sens de la longueur et de la largeur sans qu'il soit nécessaire de recourir à des plaques échangeuses plus épaisses pour obtenir les mêmes caractéristiques de résistance ; dans ce cas, on procède de la façon suivante : on utilise comme matériau de départ des plaques de verre d'épaisseur faible et prédéterminée et, de façon rationnelle, de même découpe ; on aligne dans un plan autant de plaques bout à bout et, avec un faible écartement, les unes à côté des autres qu'il est nécessaire pour monter l'échangeur de chaleur à grandeur de plaques prévues. Les joints de raccordement sont recouverts également de colle synthétique et la couche suivante de plaques isolées est superposée à la précédente et collée aux mêmes endroits avec le matériau synthétique. te cette façon, on a la possibilité d'assembler de tràs grandes plaques échangeuses à partir d'éléments de base distincts et on a de plus l'avantage que la grande plaque échangeuse ainsi réalisée, et par suite tout l'ensemble de l'empilage de plaques, réagit de façon élastique et diminue considerablement le risque de casse. REVENDICATIONS I. Procédé pour l'échange énergie thermique dans lequel deux courants de milieux, séparés par un matériau échangeur, sont soumis à une action réciproque afin de modifier leur teneur en énergie initiale, caractérisé en ce que pour élever la quantité de froid du milieu amené (courant d'amenée), le milieu évacué (courant de rejet) qui est en corrélation avec lui par l'intermédiaire de l'échangeur de chaleur est humidifié avant son entrée dans l'échangeur de chaleur. 2.Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'addition d'humidité se fait par des buses de dispersion avant- l'entrée du milieu évacué dans l'échangeur de chaleur, la quantité d'humidité pulvérisée étant supérieure à la quantité d'humidité que ce courant de milieu peut absorber sous forme de vapeur. 3. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu un échangeur de chaleur présentant des plaques échangeuses en silicates techniques, un dispositif de pulvérisation étant placé devant la zone d'entrée du courant de milieu à humidifier (courant de rejet). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de pulvérisation présente une rampe de distribution avec une soupape commandée par un système de régulation. 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les plaques de verre de l'échangeur de chaleur présentent des joints marginaux alternés pour former les différents canaux de passage des courants de milieu, constitués par un matériau élastique de collage et d'étanchéité, de préférence une colle synthétique à base de silicone. 6. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les plaques échangeuses sont maintenues écartées les unes des autres par des tasseaux d'écartement en matière plastique qui forment eux-mêmes entre eux et avec les zones recouvertes des plaques des colonnes-supports. 7. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé an c- fias plaques échangeuses sont montées à part @e p@aques unitaires en verre relativement mince qui, pour former une @la@ue échangeuse, sont placées bout à bout avec un faible écarter@nt l'@@e à côté ce l'autre, la jonction étant recouverte de co@@e @@@@nétique cui touche et relie en même temps la jonction des pla@@es unitaires @u plan de plaques échangeuses suivant.