Brevet FR2342746A1 — publié le 19770930

La présente invention a pour objet un procédé et des dispositifs pour climatiser des enceintes immergées. Le secteur technique de l'invention est celui de la construction des installations de climatisation destinées à contrôler le degré hygrométrique et la température de l'atmosphere à l'intérieur d'une enceinte immergée habitée, telle qu" unie chambre de travail sous l'eau ou un véhicule sous marin. On doit climatiser les enceintes immergées dans lesquelles des personnes doivent travailler ou séjourner afin d'améliorer les conditions de confort en maintenant la température et l'hygrométrie dans des limites supportables. Mais l'utilisation des dispositifs de climatisation habituels présente des risques pour la sécurité du personnel. Les dispositifs de climatisation habituels comportent un échangeur à travers lequel on recycle l'air pour le refroidir et pour condenser une partie de l'humidité qu'il contient. Cet échangeur est refroidi par un fluide frigorifique qui est comprimé par un groupe frigorifique,refroidi dans un condenseur ou un évaporateur, puis détendu. Les fluides frigorifiques utilisés habituellement sont le gaz ammoniac ou bien les fréons qui sont des dérivés chlorés et fluorés du méthane ou de 11 éthane. L'utilisation de ces groupes frigorifiques dans une enceinte immergée est dangereuse car, en cas de fuite, la présence de fluide frigorifique dans le gaz qui est continuellement recyclé serait dangereuse pour les occupants de l'enceinte. De plus, si on utilise un groupe frigorifique comportant un motocompresseur lubrifié, on risque dtintroduire dans l'atmosphère de l'enceinte des vapeurs d'huile qui rendraient celle-ci difficilement respirable. L'objectif de la présente invention est de procurer des installations de climatisation d'enceintes immergées qui suppriment tout risque de pollution de l'atmosphère de l'enceinte, car elles utilisent l'air de l'enceinte comme fluide frigorifique et qui conviennent spécialement aux enceintes immergées, car elle utilisent Liteau dans laquelle l'enceinte est immergée comme source froide. On connaît les compresseurs à anneau liquide qui sont utilisés également comme pompe à vide et qui comportent des roues à ailettes radiales entraînées en rotation à l'intérieur d'un stator par rapport auquel elles sont excentrées. Un liquide auxiliaire est admis dans le corps et ce liquide assure ltetanchelte entre le corps et le rotor et forme, sous l'effet de la rotation, un anneau plaqué contre la paroi du stator. Chaque roue est placée entre deux flasques comportant une lumière d'aspiration du gaz et une lumière de refoulement d'une émulsion d'eau et de gaz comprimé. L'eau qui est refoulée avec le gaz évacue la chaleur produite par la compression. Ces compresseurs fonctionnent sans aucun lubrifiant du fait qu'il n'y a aucun contact entre le rotor et le stator. Ils sont utilisés pour produire des gaz comprimés exempts d'huile dans les industries alimentaires ou pharmaceutiques, pour les laboratoires, les hôpital etc... La présente invention constitue une application nouvelle de ces compresseurs à anneau liquide. L'objectif de la présente invention est atteint au moyen d'un procédé pour climatiser l'atmosphere d'une enceinte immergée selon lequel on aspire et on comprime cette atmosphère au moyen d'un compresseur à anneau liquide alimenté en eau prélevée à l'extérieur de l'enceinte, on sépare l'eau des gaz en faisant passer l'émulsion comprimée dans un purgeur et on condense une partie de l'humidité en faisant passer les gaz comprimés à travers des tubes à I'intérleur desquels on fait circuler les mêmesgaz après les avoir détendus pour les refroidir. Un dispositif pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention comporte - un compresseur à anneau liquide qui aspire l'air de l'enceinte et qui est alimenté en eau froide prélevée dans le milieu ambiant; - un séparateur centrifuge comportant un corps creux, cylindrique, à axe vertical, équipé d'une arrivée tangentielle connectée au refoulement dudit compresseur,d' une évacuation d'eau située à la partie inférieure et d'une sortie de l'air comprimé située à la partie supérieure; - un condenseur contenant un serpentin de condensation qui est connecté, à une extrémité, sur la sortie d'air dudit séparateur et,à l'autre extrémité, sur un circuit contenant un détendeur, lequel circuit est connecté sur l'entrée dudit serpentin dont la sortie délivre dans l'enceinte immergée un courant d'air recyclé, qui a été refroidi et déshydraté. Dans un mode de réalisation préférentiel, le serpentin de condensation est situé dans le corps cylindrique du séparateur centrifuge, audessus de l'arrivée tangentielle de l'émulsion comprimée et l'évacuation d'eau, située à la partie inférieure du corps cylindrique, sert à évacuer à la fois l'eau qui s'est condensée sur le serpentin et l'eau séparée de 1' émulsion. Un dispositif selon l'invention comporte, en outre, de préférence, un réchauffeur d'air électrique, connecté sur la sortie du serpentin, lequel réchauffeur comporte une régulation de température. La présente invention a pour résultat de nouveaux dispositifs de climatisation de l'air qui permettent de contrôler la température et le degré hygrométrique sans aucun risque de pollution de l'air, même minime, par des traces d'huile ou de tout autre gaz pouvant être dangereux à respirer. En effet, le fluide frigorifique utilisé pour refroidir le serpentin sur lequel se produit la condensation est l'air même de l'enceinte et le seul autre fluide utilisé est l'eau qui alimente le compresseur à anneau liquide et qui évacue en meme temps une grande partie des calories de la compression. Les dispositifs selon l'invention conviennent spécialement à la climatisation des enceintes immergées dans lesquelles séjournent ou travaillent des hommes cardans ces enceintes, l'atmosphère doit être constamment recyclée, pendant toute la durée du séjour sous l'eau, sans aucune possibilité de renouvellement de l'atmosphere. Il en résulte que des apports même très faibles de gaz nocifs pourraient atteindre à la longue une concentration dangereuse ou meme très pénible. D'autre part, la remontée en surface du personnel travaillant dans des chambres immergées à grande profondeur nécessite souvent des opérations de longue durée, sans aucune possibilité de porter secours en cas d'urgence et des fuites de gaz nocifs, même décelées à temps, pourraient entraîner des accidents mortels.Les installations de climatisation selon l'invention suppriment totalement ces risques et présentent une sécurité d'emploi absolue. D'autre part, elles sontbien adaptées aux enceintes immergées du fait que le seul fluide nécessaire à leur fonctionnement, en dehors de l'air même de l'enceinte, est l'eau qui est utilisée comme fluide auxiliaire dans la pompe à anneau liquide et dont on dispose en abondance dans le milieu ambiant et à une température généralement assez basse, par exemple une température de l'ordre de 5 à 100 pour des enceintes immergées en mer, ce qui permet de refroidir suffisamment l'air de l'enceinte même lorsque beaucoup de calories sont produites à l'intérieur de celle-ci par les hommes, 11 éclairage, les outils et quelques moteurs électriques, Du point de vue de l'efficacité, un dispositif de climatisation selon l'invention permet de condenser efficacement l'humidité de l'air pour maintenir le degré hydrométrique à des valeurs acceptables. Il existe des pompes à anneau liquide en bronze ou en acier inoxydable qui résistent à la corrosion par l'eau de mer et qui conviennent bien pour des installations de climatisation de caissons immergés. A titre d'exemple, une pompe à anneau liquide capable de comprimer 140m3/h d'air sous 6 bars est équipée d'un moteur de 22 KW et consomme environ 1,5 m3/h d'eau perdue. Les installations de climatisation selon l'invention présentent l'avantage d'être simples donc robustes, faciles à entretenir et d'un fonctionnement sûr. Elles sont peu encombrantes ce qui est important pour des enceintes de travail immergées à grande profondeur dans lesquelles la place est mesurée. La description suivante se réfère au dessin annexé qui représente un exemple de réalisation de l'invention sans aucun caractère limitatif. La figure unique est un schéma d'ensemble d'un dispositif de climatisation selon l'invention. Ce dispositif est situé à l'intérieur d'une enceinte 1 immergée, par exemple d' un caisson à la pression atmosphérique dans quel travaillent des plongeurs qui y pénètrent à travers un sas à partir d'une tourelle de plongée. Il est précisé que cette application n'est pas limitative, ltencein- te 1 pouvant être constituée par tout autre type d'enceinte immergée, par exemple par une chambre hyperbare ou par un véhicule sous-marinl dans lequel vivent des hommes et qui doit faire des séjours prolongés en immersion. L'air contenu dans l'enceinte ne peut pas être renouvelé et il est recyclé en permanence en absorbant le gaz carbonique du å la respiration, en éliminant l'oxyde de carbone éventuel et en ajustant la teneur en oxygène soit à partir de bouteilles d'oxygene ou d'air comprimé, soit en décomposant le gaz carbonique. Le dispositif selon l'invention est destiné à climatiser l'air c'est-à-dire à régler l'hygrométrie et la température de celui-ci en éliminant l'humidité en excés due à la respiration et en corrigeant la température, soit pour éliminer un excés de calories, soit pour apporter des calories au cas où les déperditions à travers les parois de l'enceinte le nécessitent. Il maintient la température ambiante autour de 20 et le degré hygrométrique aux environs de 50 afin d'améliorer le confort des occupants d'où des possibilités de séjour prolongé et de meilleur rendement Qu travail. Un dispositif selon l'invention comporte un compresseur d'air à anneau liquide 2 qui est entraîné par un moteur électrique 3 et qui aspire l'air de l'enceinte à travers un filtre 2a. Le compresseur 2 est alimenté par la conduite 2b en eau prélevée dans le milieu liquide dans lequel l'enceinte est immergée, par exemple en eau de mer dans le cas d'une chambre de travail en mer. On obtient au refoulement du compresseur une émulsion d'air et d'eau comprimée par exemple à 6 bars. Le refoulement est connecté par une conduite 2c sur un purgeur 4 qui comporte un corps creux cylindrique vertical 4a ayant par exemple une capacité de 150 litres. La conduite 2c debouche tangentiellement dans le cylindre 4a de sorte que le jet d'émulsion sortant de la conduite est animé d'une vitesse de rotation autour de l'axe du cylindre. La conduite 2c débouche à mi hauteur du cylindre qui comporte une sortie d'air 4b à la partie supérieure. Un séparateur de gouttelettes 4c, constitué par exemple par des chicanes a travers lesquelles doit passer l'air, est disposé devant l'orifice de sortie 4b Le purgeur 4a constitue un séparateur centrifuge dans lequel l'eau et l'air en émulsion se séparent l'un de l'autre sous l'effet de la gravité et de la force centrifuge, l'air s'évacuant par le haut du cylindre et l'eau par le bas qui comporte un orifice d'évacuation 4d, l'eau évacuée étant reprise par une pompe et rejetée à la mer. Bien entendu, l'eau qui est rejetée a été chauffée par le travail de compression à une température de l'ordre de 50 et elle sert à évacuer des calories. Le corps cylindrique 4a contient dans sa partie supérieure, située au-dessus de l'arrivée de la conduite 2c, un serpentin de condensation 4e, par exemple un serpentin à ailettes, et l'air sortant de la conduite 2c passe à travers les ailettes pour atteindre l'orifice 4b. L'orifice 4b est connecté sur un circuit 9a comportant un détendeur 9 qui détend l'air, par exemple, de la pression de 6 bars à la pression de 2 bars. Cette détente produit un refroidissement de l'air qui passe par exemple d'une température de l'ordre de 300 à une température de l'ordre de 100. L'autre extrémité du circuit 9a est connectée sur une extrémité 4f du serpentin 4e de sorte que l'air refroidi par la détente circule dans le serpentin et refroidit celui-ci à une température de l'ordre de 10 . L'air saturé d'humidité arrivant du compresseur et circulant au contact du serpentin et des ailettes portées à une température relativement basse abandonne une partie de son humidité qui se condense sur les parois froides L'air qui sort du serpentin 1 est réchauffé pendant son passage à travers le serpentin. Il passe à travers un réchauffeur 5, à résistances électriques, puis à travers un second détendeur 10 qui le détend de la pression de 2 bars environ à la pression de l'enceinte et il est ensuite renvoyé dans l'enceinte. Le réchauffeur 5 comporte une régulation de température dont le capteur est placé après le détendeur 10. Cette régulation permet de contrôler la température de l'air recyclé dans l'enceinte et de régler celle-ci autour de 20 . La présence de deux detendeurs successifs 9 et 10 permet de faire varier la détente dans le détendeur 9 de façon à régler la tempéra ture de l'air qui traverse le serpentin selon la variation des paramètres de fonctionnement tels que la température de l'eau de mer, et la quantité de calories dégagées dans l'enceinte. La température du serpentin permet de régler le degré hygrométrique de l'air qui est renvoyé dans l'enceinte. La figure unique correspond à un exemple de réalisation dans lequel le serpentin de condensation 4e est placé dans le corps cylindrique du purgeur. Il est précisé que ce mode de réalisation est préférentiel mais non obligatoire. L'émulsion sortant du compresseur 2 pourrait passer d'abord dans un purgeur et l'air sortant du purgeur passer ensuite dans un condenseur contenant le serpentin 4e. Une différence essentielle entre un dispositif selon l'invention et les groupes frigorifiques traditionnels réside dans le fait que le condenseur est refroidi par l'air détendqui passe dans le serpentin et non par de l'eau froide qui sert à évacuer des calories. Une autre différence importante réside dans le fait que l'évacuation de calories nécessaire pour obtenir une paroi froide sur laquelle l'humidité se condense est réalisée par l'eau de mer qui sert de fluide auxiliaire dans le compresseur 2. La figure unique représente, dans la partie inférieure, un mode de réalisation du circuit d'alimentation en eau du compresseur 2.. L'eau extérieure à l'enceinte, qui est à une pression supérieure à celle de l'enceinte, pénètre dans celle-ci par une canalisation 7. Elle traverse un détendeur 8 qui permet de contrôler la pression aval malgré les variations de la pression amont en fonction de la profondeur d'immersion. Elle traverse ensuite un filtre 6. La conduite 7 comporte des vannes d'isolement 7a. L'eau filtrée passe dans un serpentin 7b qui est situé dans le fond du corps creux 4a. Dans cet exemple l'orifice d'évacuation d'eau 4d est un orifice de trop plein situé à une certaine hauteur du fond du cylindre 4a, de sorte que le fond du cylindre est rempli par un certain volume d'eau 7c. Le serpentin 7b est situé au-dessous du niveau de l'orifice de trop plein 4d et baigne dans le volume d'eau 7c qui est de l'eau chaude à une température de l'ordre de 30 à 40". L'eau qui circule dans le serpentin se réchauffe et la sortie du serpentin est connectée sur la canalisation 2b qui alimente le compresseur 2 en liquide. Ce mode de réalisation perment, dans le cas où l'eau de mer est très froide, par exemple à une température de l'ordre de 5 , de la réchauffer avant de l'envoyer dans le compresseur 2, pour l'amener à une température de l'ordre de 200 qui est celle préconisée par le constructeur des compresseurs à anneau liquide. Cette solution permet, de plus, de réduire la quantité de calories évacuée par l'eau 7c qui est rejetée à la mer puisque cette eau se refroidit en cédant des calories à l'eau qui circule dans le serpentin 7b. Ceci permet de réduire les déperditions de calories dans le cas où le dispositif est installé dans une enceinte immergée dans des eaux très froides et où lesdéperditions à travers les parois sont importantes. Dans l'exemple représenté, la canalisation 7 comporte une dérivation munie d'une vanne 7d qui se déverse dans un bac 13 et qui permet de régler le débit d'eau envoyé au compresseur 2. Dans le bac 13 se déverse également une conduite Il de vidange du réservoir cylindrique 4a et la canalisation de trop plein 12. Une pompe 14 renvoie a la mer l'eau contenue dans le bac 13. En variante, lorsque la température de l'eau dans laquelle est immergée l'enceinte est telle que cette eau peut être envoyée directement dans le compresseur 2, on peut supprimerle serpentin 7b. Dans ce cas, l'eau neuve penètre par la canalisation 7, est détendue par le détendeur 8, est filtrée puis envoyée directement au compresseur 2. Toute l'eau séparée par le purgeur 4 et condensée sur le serpentin 4a, est recueillie dans le bac 13 et renvoyée à la mer par la pompe 14 de sorte que toutes les calories emmagasinées par l'eau sont évacuées. On peut également prévoir un recyclage partiel de l'eau 7c. Dans ce cas, la canalisation 2b comporte une vanne mélangeuse à trois voies qui mélange de l'eau neuve avec de l'eau prélevée dans le séparateur, de sorte que l'on règle la température de l'eau arrivant par la canalisation 2b en réglant les proportions d'eau neuve et & eau recyclée selon les variations de température de l'eau neuve. La vanne mélangeuse peut être une vanne motorisée commandée par un thermostat. Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, les divers élé- ments constitutifs du dispositif qui vient d'être décrit à titre d'exemple pourront être remplacés par des éléments équivalents. Notamment, l'installation de climatisation peut être placée à ltexterieur de L'enceinte, par exemple dans un caisson étanche tout en aspirant et en refoulant dans lten- ceinte. REVEND ICAT IONS 1 - Procédé pour climatiser l'atmosphère d'une enceinte immergée, caractéri sé en ce que l'on aspire et l'on comprime cette atmosphère au moyen d'un compresseur à anneau liquide alimenté en eau prélevée à l'extérieur de l'enceinte, on sépare l'eau des gaz en faisant passer l'émulsion comprimée dans un purgeur et on condense une partie de l'humidité en faisant passer les gaz comprimés à travers des tubes à l'intérieur des quels on fait circuler les mêmes gaz après les avoir détendus pour les refroidir. 2 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte - un compresseur à anneau liquide qui aspire l'air de l'enceinte et qui est alimenté en eau froide prélevée dans le milieu ambiant; - un séparateur centrifuge comportant un corps creux cylindrique, axe vertical > équipé d'une arrivée tangentielle connectée au refoulement du dit compresseur, d'une évacuation d'eau située à la partie inférieure et d'une sortie de l'air comprimé située à la partie supérieure;; - un condenseur contenant un serpentin de condensation qui est connecté à une extrémité sur la sortie d'air dudit séparateur et à l'autre extrémité sur un circuit contenant un détendeur lequel circuit est connecté sur l'entrée dudit serpentin dont la sortie délivre dans l'enceinte immergée un courant d'air recyclé, qui a été refroidi et déshydraté. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit serpen tin de condensation est situé dans le corps cylindrique dudit séparateur centrifuge, au-dessus de ladite arrivée tangentielle de l'émulsion compri meet l'évacuation d'eau située à la partie inférieure dudit corps cylindrique sert à évacuer à la -fois l'eau qui s'est condensée sur le serpentin et liteau séparée de l'émulsion. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, un réchauffeur d'air électrique connecté sur la sortie dudit serpentin,lequel réchauffeur comporte une régulation de température. 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu il comporte un deuxième détendeur d1air comprimé, monté en série avec le premier, sur le circuit d'air la sortie du serpentin de conden sation. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le corps cylindrique du séparateur comporte un orifice de trop plein situé à une certaine hauteur du fond qui est rempli d'eau chaude et comporte un deuxième serpentin situé au-dessous de l'orifice de trop plein, dans lequel liteau froide provenant de l'extérieur de 11 enceinte circule et se réchauffe avant d'être admise dans ledit compresseur. 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le circuit d'eau alimentant le compresseur à anneau liquide comporte une vanne mélangeuse à trois voies dont une voie est alimentée en eau froide prélevée à l'extérieur de I1 enceinte et dont une autre voie est alimentée en eau chaude provenant du séparateur. 8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le compresseur à anneau liquide est alimenté directement en eau fraîche prélevée dans le milieu extérieur, qui a été détendue et filtrée et toute l'eau recueillie au fond du séparateur est rejetée à la mer par une pompe. 9 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que l'orifice de sortie d'air situé en haut du séparateur comporte un séparateur de gouttelettes d'eau constitué par des chicanes à travers lesquelles circule l'air.