Brevet FR2466709A1 — publié le 19810410

I La présente invention concerne un procédé d'hu- midification d'air en vue de la climatisation de locaux, selon lequel l'air est humidifié dans deux étages dispo- sés espacés dans le sens d'écoulement, ainsi qu'une installation de climatisation équipée de deux étages d'humidification espacés dans le sens d'écoulement de l'air. Dans le cas d'installations de climatisation équipées de canaux d'air de grande longueur, une réduc- tion de la teneur en humidité de l'air apparaît par sé- paration de gouttes d'eau le long du trajet d'écoulement. Afin de ramener la teneur en humidité de l'air à la va- leur initiale, c'est-à-dire afin de couvrir à nouveau les pertes provoquées par séparation de gouttes, il est connu de prévoir un second étage d'humidification, qui est dis- posé à un certain espacement, en règle générale considéra- ble, du premier étage d'humidification. A cause de l'es- pacerment important entre les étages d'humidification, l'air se trouvant à proximité du second étage d'humidi- cation n'entraîne plus de gouttes d'eau de grande taille, auxquelles les gouttelettes d'eau engendrées dans le se- cond étage d'humidification pourraient se fixer. La présente invention a pour objet de proposer un procédé ou de réaliser une installation de climatisa- tion du type indiqué dans le préambule à rendement élevé, grâce auxquels de façon simple et avec une dépense en énergie minimale, un degré de saturation élevé et même une sursaturation de l'air peut être obtenue. Ce problème est, selon le procédé de l'invention, résolu par le fait que de l'air humidifié dans le premier étage d'humidification sont séparées les gouttes dont la taille dépasse une valeur déterminée, et par le fait qu'ensuite dans le second étage d'humidification, la teneur en humidité de l'air est accrue par rapport à la teneur en humidité de l'air quittant le premier étage d'humidification. Conformément à l'installation de l'in- vention) le problème est résolu par le fait qu'entre les étages d'humidification est disposé un séparateur de gouttes qui effectue une séparation des gouttes dont la taille dépasse une valeur déterminée et par le fait que dans le second étage d'humidification, un accroissement de la teneur en humidité de l'air est effectué par rap- port à la teneur en humidité de l'air quittant le pre- mier étage d'humidification. Dans le premier étage d'humidification, dars lequel des gouttes d'eau de différentes tailles répar- ties dans une large plage sont engendrées, c'est-à-dire aussi bien des gouttes très fines que de grosses gouttes, une préhumidification se produit, grâce à laquelle la teneur en humidité de l'air est amenée à une première valeur, pour ainsi dire à une valeur fondamentale. Dans le second étage d'humidification dans lequel une pulvé- risation fine de l'eau se produit, la teneur en humidité de l'air est portée à une seconde valeur. Comme dans ce second étage d'humidification, pratiquement seule une posthumidification est encore nécessaire, qui s'établit à la teneur en humidité de l'air dans le premier étage d'humidification, la pulvérisation fine peut s'effectuer avec un besoin en énergie relativement faible. Ainsi, in- dépendamient des propriétés physiques de l'air pénétrant dans le Dremier étage d'humidification, de l'air à haute saturation et sursaturé peut être engendré sans dé- rense en énergie et en a'rareillage importante. Dans le séparateur de gouttes, toutes les gouttes Yé contenues dans l'air quittant le premier étage d'humidi- fication sont séparées, dont la taille dépasse une va- leur déterminée et sur lesquelles les gouttelettes d'eau fines engendrées dans le second étage d'humidification pourraient se déposer. On évite ainsi que dans ou derrière le second étage d'humidification, des gouttelettes d'eau fines, qui sont souhaitées pour l'humidification et le refroidissement de l'air, soient perdues. En outre, un dépôt indésirable de gouttes d'eau sur les parois de canaux d'air est empêchée. Les gouttes d'eau fines engendrées dans le premier étage d'humidification, dont la présence est souhaitable dans le flux d'air, tra- versent le séparateur de gouttes. Contrairement à la solution connue indiquée dans le préambule, l'espacement entre les étages d'humidification peut être maintenu relativement petit, car aucun trajet de séparation de grande longueur pour les grosses gouttes ne doit être prévu. On peut ainsi obtenir une longueur globale de l'installation courte. Un mode opératoire particulièrement avantageux est obtenu si l'espacement entre le premier étage d'humidification et le séparateur de gouttes est plus grand, de préférence au moins le double, que l'espace- ment entre le séparateur de gouttes et le second étage d'humidification. Dans une forme de réalisation préférée, le dis- positif de pulvérisation d'eau du premier étage d'humi- dification comporte au moins une roue de ventilateur alimentée en eau. Grâce à l'utilisation de la roue de ven- tilateur, un mode d'exécution simple et compact est ob- tenu aussi bien pour le transport de l'air que pour la pulvérisation de l'eau. A l'appui du but cité en dernier lieu, il est en outre avantageux que le séparateur de gouttes serve simultanément de redresseur d'écoulement. Un exemple de réalisation de l'objet de l'in- vention est expliqué ci-après en détail en regard du des- sin annexé dont la figure unique montre en coupe longi- tudinale schématique le tronçon contenant les étages d'humidification d'une installation de climatisation. Sur la figure, le numéro de référence 10 dési- gne un tronçon de tube ou de canal, qui présente à son extrémité d'admission une buse d'admission 12. Dans le sens d'écoulement A, derrière la buse d'admission 12 et à proximité de celle-ci, le tronçon de tube 10 présente une partie 14 en forme de U en coupe, qui fixe une cham- bre annulaire 16steniat autour du tronçon de tube 10. Cette chambre annulaire 16 présente une ouverture de sor- tie dirigée vers l'intérieur du tronçon de tube 10 sous la forme d'une fente annulaire 16a. Cette ou ces ouver- tures de sortie peuvent cependant prendre également une autre forme. Dans la chambre annulaire 16 débouchent deux canalisations d'eau 18 et 20, qui sont raccordées au côté de refoulement d'une pompe à eau 22. Le côté d'as- piration de cette pompe 22 est reliée à la bâche 24 d'un bassin 26. Ce bassin 26 est muni de façon en soi connue d'un tube de trop plein 28. A proximité de la chambre annulaire 16 est disposée une roue de ventilateur 30 munie de pales, qui est entratnée par un moteur 32. Grâce à cette roue de ventilateur 30, l'air à traiter est aspiré par la buse d'admission 12 et transporté à travers le tronçon de tube 10. En amont de la roue de ventila- teur 30, c'est-à-dire sur le côté vent de celle-ci, débouche à proximité du moyeu 30a de la roue de ventila- teur 30 une canalisation d'eau 34, qui est également re- liée au côté de refoulement de la pompe à eau 22. Plusieurs canalisations d'eau débouchant à proximité du moyeu 30a peuvent également être prévues. A une certaine distance de la roue de ventilateur est disposé en aval de celle-ci, un séparateur de gouttes 36 dont le tube d'écoulement 38 débouche dans le bassin 26. L'eau séparée dans le séparateur 36 s'écoule, comme ceci est indiqué par la flèche 40, à travers ce tube d'écoulement 38 dans la bâche 24. Le séparateur de gouttes 36 est de préférence réalisé également en tant que silencieux. En outre, il est avantageux de réaliser le séparateur de gouttes 36 simultanément en tant que redresseur d'écoulement. Cette combinaison de séparation de gouttes et de redressement d'écoulement dans le même constituant procure l'avanta- ge d'un mode d'exécution compact. En aval du séparateur de gouttes 36 est disposé un second étage d'humidification II, qui présente un cer- tain nombre de buses de pulvérisation binaires 42, qui sont disposées uniformément réparties à la périphérie du tronçon de tube 10. Ces buses binaires 42 formant le second étage d'humidification II sont disposées à une distance relativement faible du séparateur de gouttes 36. Cette distance entre le séparateur de gouttes 36 et les buses de pulvérisation 42 est plus petite que la dis- tance entre la roue de ventilateur 30 appartenant au premier étage d'humidification I et le séparateur de gouttes 36. L'écartement entre la roue de ventilateur et le séparateur de gouttes 36 s'élève au moins au double, en règle générale même à un multiple de la distance entre le séparateur de gouttes 36 et les buses de pulvérisation 42 de l'étage d'humidification II. Chaque buse binaire 42 est, par l'intermédiaire d'une canalisation 44, reliée à une source d'air comprimé 46 et par l'intermédiaire d'une seconde canalisation 48 à unraservoir d'eau sous pression 50. Ce réservoir d'eau 50 peut être formé par le réseau local de distribution d'eau. Le réservoir d'eau sous pression 50 est relié par l'intermédiaire d'une autre canalisation 52 au bassin 26. Dans la canalisation 42 est disposée une soupape 54 actionnée par ressort de réalisation connue, Dans les ca- nalisations 44 et 48 sont également insérées des soupa- pes 56 et 58 de réalisation connue, qui sont commandées conjointement avec la pompe à eau 22 de façon en soi con- nue au moyen d'une commande 60. A cette commande 60 est raccordé un hygrostat 62. Durant le fonctionnement de l'installation de climatisation, la roue de ventilateur entra née en rotation entraine l'air ambiant par l'intermédiaire de la buse d'admission 12 et déplace ce- lui-ci à travers le tronçon de tube 10. La pompe à eau 22 achemine, par l'intermédiaire des canalisations 18 et 20 de l'eau dans la chambre annulaire 16. L'eau s'échappe par la fente annulaire 16a sous la forme d'un film dans l'intérieur du tronçon tubulaire 10. Ce film d'eau est mis en turbulence et diffracté par les pales de la roue de ventilateur 30, de sorte que des gouttes d'eau se forment avec un spectre de gouttelettes très fines jus- qu'à des gouttes d'eau de grande taille. Les différentes tailles de gouttes couvrent par conséquent une très large plage. Pour certaines conditions de fonctionnement et d'entrée de l'air, cette pulvérisation de l'eau sor- tant de la fente annulaire 16a par la roue de ventilateur suffit. Le cas échéant, l'eau peut en outre être guidée par l'intermédiaire de la canalisation d'eau 34 à proximité du moyeu 30a. L'eau sortant de la canalisation 34 est diffractée par les pales de la roue de ventila- teur 30 par suite de forces de cisaillement et est pulvé- risée en gouttelettes très fines et en gouttes de grande taille. L'air amené à une teneur déterminée en humidité de cette façon dans le premier étage d'humidification I traverse la zone servant de trajet d'humidification entre la roue de ventilateur 30 et le séparateur de gouttes 36. De l'air s'écoulant à travers ce séparateur de gout- tes 36, les gouttes d'eau trop grandes, c'est-à-dire des gouttes d'une taille excédant une valeur déterminée, sont séparées et sont ramenées par le tube d'écoulement 36 au bassin 26. Dans le séparateur de gouttes 36, seules les grosses gouttes sont sélectivement séparées, sur les- quelles de netites gouttelettes d'eau pourraient facile- ment se déposer, qui sont nécessaires à l'humidification et au refroidissement de l'air. Ces petites gouttelettes d'eau désirée peuvent traverser sans entraves le sépa- rateur de gouttes 36. Comme déjà mentionné, le séparateur de gouttes 36 peut également servir au redressement de l'é- coulement d'air, c'est-à-dire à l'élimination de la rota- tion de l'air d'amenée. L'air déjà préhumidifié, parvenant au second étage d'humidification II est alimenté par les buses de pulvérisation binaires 42 avec un nuage d'eau qui con- tient de très petites gouttelettes d'eau. Grâce à ces dernières, la teneur en humidité de l'air est accrue par rapport à la teneur en humidité de l'air quittant le pre- mier étage d'humidification I. Grâce-à cet accroissement de l'humidité de l'air, une saturation élevée ou m4me une sursaturation de l'air est obtenue. Contrairement au premier étage d'humidification I, le spectre des gout- telettes d'eau engendrées dans le second étage d'humidifi- cation II est très étroit. De préférence le "diamètre de Sauter" caractérisant le spectre de gouttes du second étage d'humidification II au "diamètre de Sauter" caracté- risant l'étage I se trouve dans le rapport d'environ 1:10. Comme on le sait, le diamètre de Sauter est utilisé dans la technique en tant que grandeur de désignation fondamen- tale pour la qualité d'un spectre de gouttes. Avec l'humidification en deux étages décrite, il est possible d'obtenir de l'air hautement saturé et sursaturé indépendamment des propriétés physiques de l'air entrant dans la buse d'admission 12. L'humidification préalable dans le premier étage I crée une situation ini- tiale favorable pour l'opération d'humidification dans le second étage d'humidification II. Comme lors de l'humidi- fication dans ce second étage II, on peut partir d'une te- neur en humidité fondamentale de l'air, le besoin en éner- gie pour la pulvérisation dans ce second étage d'humidifi- cation relativement faible. Ainsi, de l'air hautement sa- turé et sursaturé peut être engendré avec un besoin en éner- gie global relativement faible pour toutes les conditions d'entrée d'air. On réalisera que l'installation de climatisa- tion décrite ci-dessus peut être réalisée dans différen- tes versions autres que celle représentée. - Ainsi, dans le premier étage d'humidification I, chaque dispositif de pulvérisation d'eau approprié peut être utilisé, qui soit en mesure d'engendrer des gout- telettes en quantité nécessaire avec le spectre de gout- tes voulu. Le ventilateur de transport d'air peut éga- lement être disposé séparément du dispositif de pulvéri- sation. L'utilisation décrite de la roue de ventilateur transportant l'air en vue de la pulvérisation de l'eau présente cependant l'avantage de permettre un mode d'e- xécution simple et peu encombrant. Au lieu de buses binaires 42, peuvent être uti- lisées dans le second étage de pulvérisation II, égale- ment d'autres types de buses de pulvérisation, par exemple des buses à haute pression. Il va sans dire que dans le second étage d'humidification II, des dispositifs de pul- vérisation fine d'eau appropriés quelconques peuvent être utilisés. Le cas échéant, chacun des étages d'humidifica- tion I et II peut se composer de deux ou de plusieurs étages partiels. Ainsi, par exemple, plusieurs rangées de buses de pulvérisation 42 peuvent être disposées dans le sens d'écoulement A. Dans une forme de réalisation préférée, les chicanes de séparation (tôles) du séparateur de gouttes 36 sont réalisées creuses et un fluide de refroidissement approprié est introduit dans ces cavités. REVENDICATIONS 1 - Procédé d'humidification d'air en vue de la climatisation de locaux, selon lequel l'air est humidi- fié dans deux étages disposés espacés dans le sens d'é- coulement, caractérisé en ce que de l'air humidifié dans le premier étage d'humification (I) sont séparées les gouttes dont la taille dépasse une valeur déterminée, et en ce qu'ensuite dans le second étage d'humidifica- tion (II), la teneur en humidité de l'air est accrue par rapport à la teneur en humidité de l'air s'échappant du premier étage d'humidification (I). 2 - Installation de climatisation équipée de deux étages d'humidification espacés dans le sens d'e- coulement de l'air, caractérisée en ce qu'entre les éta- ges d'humidification (I,II) est disposé un séparateur de gouttes (36), qui effectue une séparation des gout- tes dont la taille dépasse une valeur déterminée et en ce que dans le second étage d'humidification (II) un accroissement de la teneur en humidité de l'air est ef- fectué par rapport à la teneur en humidité de l'air s'é- chappant du premier étage d'humidification (I). 3 - Installation de climatisation selon la re- vendication 2, caractérisée en ce que l'espacement entre le premier étage d'humidification (I) et le séparateur de gouttes (36) est supérieur, de préférence au moins le double de l'espacement entre le séparateur de gouttes (36) et le second étage d'humidification (II). 4 - Installation de climatisation selon la re- vendication 2 ou 3, caractérisée en ce que le second étage d'humidification (II) comporte au moins un dispo- sitif (42) de pulvérisation fine d'eau. - Installation de climatisation selon la re- vendication 4, caractérisée en ce que le dispositif de pulvérisation fine d'eau comporte au moins une buse de pulvérisation (42), de préférence une buse binaire ou à haute pression. 6 - Installation de climatisation selon la re- vendication 5, caractérisée en ce que chaque buse de pulvérisation (42) se trouve en communication avec une source d'air comprimé (46) et une source d'eau sous pression (50). 7 - Installation de climatisation selon une des revendications 2 à 6, caractérisée en ce que le premier étage d'humidification (I) comporte un dispo- sitif de pulvérisation (16,34), qui engendre des gouttes d'eau de différentes tailles se trouvant réparties dans une large plage. 8 - Installation de climatisation selon la re- vendication 7, caractérisée en ce que le dispositif de pulvérisation d'eau comporte au moins une roue de ven- tilateur (30) alimentée en eau. 9 - Installation de climatisation selon la re- vendication 8, caractérisée en ce que la roue de ventila- teur (30) est alimentée en eau à sa périphérie. - Installation de climatisation selon la re- vendication 9, caractérisée en ce qu'une chambre annu- laire (16) entourant la roue de ventilateur (30) est prévue, dans laquelle débouche au moins une canalisation d'amenée d'eau (18,20) et qui comporte au moins une ou- verture de sortie (16a) dirigée vers la roue de ventila- teur (30). 11 - Installation de climatisation selon la re- vendication 10, caractérisée en ce que l'ouverture de sortie est formée par une fente annulaire (16a). 12 - Installation de climatisation selon la re- vendication 10, caractérisée en ce que la canalisation d'amenée d'eau (18, 20) est raccordée à un réservoir (26), dans lequel débouche la sortie (38) du séparateur de gouttes (36). 13 - Installation de climatisation selon la re- vendication 8, caractérisée en ce que le dispositif de pulvérisation d'eau comporte au moins une canalisation d'amenée d'eau (34) débouchant à proximité du moyeu (30a) de la roue de ventilateur (30). 14 - Installation de climatisation selon une des revendications 2 à 13, caractérisé en ce que le sé- parateur de gouttes (36) est réalisé à la manière d'un redresseur de courant. 15 - Installation de climatisation selon une des revendications 2 à 14, caractérisée en ce que le séparateur de gouttes (36) est réalisé à la manière d'un silencieux. 16 Installation de climatisation selon une des revendications 2 à 15, caractérisée en ce que les chicanes de séparation du séparateur de gouttes (36) disposées dans le flux d'air sont munies de cavités dans lesquelles se trouve un fluide de refroidissement.