Brevet FR2337868A1 — publié le 19770805

La présente invention se rapporte à un dispositif d'échan- geur thermique notamment du type utilisé en conditionnement d'air. Dans la technique, on utilise fréquemment des changeurs dits batteries froides constitués par exemple par les échangeurs à ailettes lesdites ailettes étant solidaires d'non réseau de tubes dans lequel circule un fluide réfrigérant ; ce fluide peat entre par exemple de l'eau glacée ou un fluide frigorigEne en évaporation (batteries dites à détente directe).On fait circuler le milieu à refroidir, généralement de l'air, dans la batterie On sait que l'air contiens en proportions variables de la vapeur d'eau ; il arrive fréquemment que la température de l1air soit abaissée au-dessous du point de rosée dans la batterie, de sorte qu'il y a condensation d'eau. G*te eau doit être recueillie et évacuée par exemple par des canalisations. Si les canalisations sont connectées à un réseau général d'évacuation, elles doIvent entre équipées d'un siphon pour éviter des remontées de gaz malodorants, ce qui pose un double pvoblAme. D'abord,en cas de périodes de non fonctionnement ou de fonctionnement en air relativement sec, il peut ne plus y avoir de condensats, de sorte que la garde d'eau du siphon est suscep tible de disparaître, le siphon ne pouvant plus alors remplir sa fonction. Ensuite, la batterie est souvent logée dans un caisson en dépression par rapport à la pression atmosphérique, ceci pour assurer le déplacement de l'air traité. Oette dépression correspond à une hauteur manométrique que l'on peut exprimer en millimètres de colonne d'eau, ce qui tend à rendre instable le fonctionnement du siphon et peut entraîner des désiphonnages si la garde d'eau n'est pas importante. On a proposé des systèmes en circuit fermé pour éviter l'évacuation des condensats vers l'extérieur. rar exemple, on connait des dispositifs à évaporation de condensats fonctionnant selon le principe suivant les condensats sont recueillis dans une capacité munie d'une résistance électrique de chauffage et d'un détecteur de niveau. lorsque les condensats atteignent un niveau prédéterminé, le détecteur actionne un contact qui met en circuit la résistance électrique ; les condensats sont ainsi portés à ébullition, s'éva -porent et sont évacués par l'air circulant à travers la batterie, généralement en aval de celle-ci (en effet, si les condensats étaient évacués dans l'air avant la batterie, il y aurait recondensation de ceurr-ci). Ce dispositif est relativement cofteux et a l'inconvénient de consommer une énergie non récupérable, le recyclage des condensats étant pour cette raison pratiquement exclu. On sait par ailleurs, que le rendement d'une batterie froide augmente lorsque la batterie fonctionne en régime dit humide, c'est-à-dire lorsque l'air traité est abaissé à une température inférieure à la température de rosée. La température de rosée étant d'autant plus élevée que l'humidité de l'air traité est importante, on comprend ainsi que l'on ait intérêt à introduire dans la batterie un air relativement humide, ce qui n'est pas toujours possible. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus concernant l'évacuation des condensats, et d'améliorer le rendement d'une batterie froide en augmentant la durée de fonctionnement en régime humide. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'échangeur thermique comprenant une batterie de refroidissement d'un milieu gazeux et un réceptacle de récupération des condensats susceptibles de se former au cours du refroidissement dudit milieu, ledit réceptacle étant disposé dans la zone de circulation du milieu gazeux refroidi, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte un organe de prélèvement des condensats recueillis dans le réceptacle de récupération et un organe de transfert desdits condensats sous forme divisée dans la zone de circulation du milieu gazeux avant refroidi sement. Selon un ensemble de caractéristiques particulièrement avantageuses, l'organe de prélèvement et l'organe de transfert sont constitués par un corps en matériau capillaire dont une première partie est disposée dans le réceptacle de récupération des condensats et dont une seconde partie est disposée dans le flux de circulation du milieu gazeux avant refroidissement, les deux parties dudit corps en matériau capillaire étant relié,s entre elles dans une zone de connection présentant une forte perte de charge pour l'écoulement du milieu gazeux. L'invention sera mieux comprise en se reportant à la description qui suit, donnée à titre d'exemple, en se référant au dessin annexé sur lequel la figure unique représente schématiquement un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention. On a représenté schématiquement en coupe sur la figure unique, un dispositif d'échangeur thermique comprenant un caisson 1 muni d'une ouverture d'entrée d'air 2 et d'une ouverture de sortie d'air 3. À 1 'intérieur du caisson est disposée une batterie déchange à ailettes 4, d'un type bien connu dans la technique considérée, constituée par un réseau de tubes 5 disposés perpendiculairement au flux d'air et interconnectés les uns aux autres, des ailettes 6 parallèles au flux d'ait étant serties sur les tubes. Les tubes sont parcourus par un milieu frigorigAne, en ltocourence un fluide frigorigène en cours d'évaporation. La batterie 4 est de préférence inclinée dans le sens du flux d'air, pour une raison qui sera expliquée plus loin. Le caisson 1 comporte à sa partie inférieure, en dessous de la batterie, un réceptacle 7 dans lequel est disposé un corps en matériau capillaire 8, par exemple un tissu absorbant enroulé en plusieurs nappes. On voit que le réceptacle7est entiArement disposé dans une zone du caisson telle que l'air passe d'abord sur la batterie avant d'arriver au réceptacle.Le corps 8 comporte une première partie 8a située dans ledit réceptacle et une seconde partie 8b constituant un prolongement de la partie 8a et s étendant dans la zone du caisson située en amont de la batterie par rapport au sens de la circulation de l'air ; la partie 8b est avantagense- ment constituée par un tissu dont la traie est déterminée de façon à ne pas donner naissance à une perte de charge trop importante sur le flux d'air ; cette partie s'étend en l'occurence sur toute la section du caisson en amont de la batterie. La liaison entre les parties 8a et 8b du corps 8 est localisée dans un ajutage 9 en forme de fente permettant le passage da tissu éventuellement avec un léger pincement. Le fond du caisson en aval de la batterie est de préférence incliné en direction du réceptacle, comme représenté sur la figure. On va maintenant décrire le fonctionnement du dispositif d'échangeur thermique objet de l'invention. De l'air chaud et humide est introduit dans le caisson, par exemple par aspiration en aval dudit caisson, au moyen d'un ventilateur non représenté. Un liquide frigorigène est injecté dans les tubes 5 de la batterie dans des conditions de température et de pression permettant son ébullition dans lesdits tubes.- L'évaporation du liquide frigorigène étant endothermique, l'air circulant dans la batterie est refroidi au contact des tubes et des ailettes et sort froid en aval de la batterie. Ce refroidissement peut atre tel que la température de l'air tombe en dessous de la température de rosée, auquel cas il y a condensation d'une partie de 1 'eau contenue dans l'air à 1'beat de vapeur et simultanment saturation de l'air en vapeur d'eau.Les eaux de condensation s'écoulent sous forme de gouttelettes vers le bas de la batterie et se trouvent recueillies au fond du caisson dans le réceptacle 7. Il est à noter que le choix de l'inclinaison de la batterie par rapport au sens de circulation de l'air tend à favoriser la circulation vers le bas des eaux de condensation, puisque les forces de pesanteur et les forces de frottement air/eau coopèrent pour évacuer l'eau. Les gouttelettes de condensat restent en majeure partie sur la batterie avant de ruisseler vers le fond du caisson du fait de la tension superficielle de l'eau. L'eau recueillie dans le réceptacle 7 est absorbée par la partie 8a du corps 8 qui s'imbibe de ce fait dans sa totalité et en particulier monte dans la partie 8b par un processus bien connu dA aux effets de capillarité. La partie 8b étant disposée dans le flux d'air chaud est soumise à un effet de séchage, c'est i-dire que l'eau dont elle est imbibée tend à s'évaporer de façon continue en augmentant ainsi localement l'humidité relative de l'air immédiatement en amont de la batterie. Le mme processus que ci-dessus est alors reconstitué par recondensation d'eau dans la batterie, collecte des condensats dans la capacité 7 et recyclage de 1 'eau en amont de la batterie par l'intermédiaire du corps capillaire 8. L'ajutage 9 oppose une forte résistance au passage d'air par by pass entre l'amont et l'aval de la batterie, du fait que le tissu 8 emplit ce passage et se trouve de plus, imprégné d'eau. Le dispositif selon l'invention présente les avantages suivants. Dtabord,en cas de fonctionnement en air humide avec formation de condensats, il permet d'éviter l'emploi de dispositifs d'évacuation desdits condensats, puisque ceux-ci sont recyclés en permanence. Ensuite, en cas de fonctionnement en air humide d'humidité insuffisante pour obtenir une formation naturelle de condensats, il permet de susciter la formation de condensats, ce qui permet d'augmenter le rendement de la batterie (en effet, on sait que l'échange thermique en batterie humide est nettement accru par rapport à l'échange thermique en batterie sèche) Pour ce faire, il suffit de "préchargert le corps capillaire 8 en introduisant de 1' eau dans le réceptacle 7 avant fonctionnement ; la partie 8b est alors susceptible de fonctionner en humidificateur, ce qui permet d' & ver la température de rosée et de favoriser ainsi la formation de condensats. Çoutefois, il convient de noter gue l'évaporation de l'eau en amont de la batterie a tendance à abaisser la température de 1 air ce qui conduit à un abaissement du point de rosée ; les deux effets se combinent d'une façon telle, que le résultat global ne peut ttre ni prévu, ni d'ailleurs toujours identique en tous points. Le dispositif selon l'invention peut Strie objet de nombreuses variantes de réalisation, la variante décrite constituant toutefois un mode préféré, compte tenu de sa grande simplicité drexécution et de l'absence d'apport externe d'énergie. Le dispositif trouve son application en particulier dans le domaine des équipements de chauffage thermodynamique du type pompes à chaleur, dans lesquels la formation de condensats est très fréquents. Une application particulièrement intéressante est constituée par les batteries d'évaporation à détente directe des pompes à chaleur sur l'air extrait du logement. Ea effet, l'humi- dité de cet air, collecté en particulier en cuisine et salle de bains est parfois importante, ce qui permet le plus souvent de maintenir le réceptacle 7 rempli d'eau. La suppression du dispositif d'évacuation de condensats contribue en outre à l'abaissement du codt global de telles installations. R E V E N D I C A T I O N S 1) - Dispositif d'échangeur thermique comprenant une batterie de refroidissement d'un milieu gazeux et un réceptacle de récupération des condensats susceptibles de se former au cours du refroidissement dudit milieu, ledit réceptacle étant disposé dans la zone de circulation du milieux gazeux refroidi, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte un organe de prélèvement des condensats recueillis dans le réceptacle de récupération et un organe de transfert des dits condensats sous forme divisée dans la zone de cir culation du milieu gazeux avant refroidissement. 2) - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de prélèvement et 1 'organe de transfert sont cons titubés par un corps en matériau capillaire dont une première partie est disposée dans le réceptacle de récupération des condensats et dont une seconde partie est disposée dans le flux de circulation du milieu gazeux avant refroidissement, les deux parties dudit corps en matériau capillaire étant reliées entre elles dans une zone de connection présentant une forte perte de charge pour 1' écoulement du milieu gazeux.