Brevet FR2506625A1 — publié le 19821203

La présente invention se rapporte a un dispositif pour séparer des gaz par condensation partielle d'une phase gazeuse, par exemple, pour éliminer l'eau de l'air, en particulier, dans le cadre d'une climatisation ou d'une réfrigération thermo-électrique, ce dispositif comprenant des thermo-éléments constitués par des matériaux semi-conducteurs. Des dispositifs de ce type connus dans la pratique, tels que des appareils frigorifiques et des climatiseurs mécaniques, font appel , pour produire de la chaleur ou du froid, à des techniques de compression absorption, étranglement, vaporisation et condensation. Or, ces techniques sont d'une mise en oeuvre relativement compliquée et laborieuse, et il n'est possible de réduire les dimensions de ces appareils que dans une mesure limitée. En conséquence, les appareils frigorifiques usuels, dont le fonctionnement est fondé sur des principes de compression et d'absorption, et sur les effets de Stirling, de Joule-Thomson et de Vuilleumier, ne peuvent être comme#on le souhaiterait réalisés, sous des dimensions réduites. Cela étant, la présente invention s'est fixé pour but de procurer un dispositif dans lequel un mélange gazeux peut être déshydraté, par une condensation partielle jusqu'au point de rosée et peut ensuite être chauffé une température déterminée par le coté chaud de thermo-éléments. Par ce moyen, il devient possible de climatiser des locaux relativements petits, et par exemple, aussi des conteneurs pour lesquels les installations et les appareils de climatisation traditionnels sont trop grands, trop compliqués et trop encombrants, et ne peuvent etre miniaturisés suffisamment. L'invention atteint les buts qu'elle s'est fixés en proposant un dispositif du type spécifié en préambule qui se caractérise en ce que les thermo-éléments sont des éléments de Peltier pourvus d'ailettes, alignés par rangées et réalisés sous la forme d'un échangeur de chaleur, les ailettes étant limitées, du coté opposé aux éléments de Peltier, par une paroi isolante et disposées de préférence, parallèlement à cette paroi isolante et en ce que la paroi isolante forme une enveloppe en forme de U, sur l'axe ou le plan médian de laquelle les éléments de Peltier sont montés et dans laquelle les ailettes sont balayées par un courant d'air. L'avantage de l'invention réside dans l'utilisation d'éléments de Peltier qui permettent de fabriquer des appareils de climatisation et de chauffage relativement légers, présentant une structure simple et des dimensions réduites et qui, par conséquent, sont miniaturisables sous une forme de construction modulaire. En effet, les plaques de vaporisation et de condensation usuelles relativement encombrantes de ces appareils, par exemple, dans le cas d'une installation à compresseur, sont réduites, par les éléments de Peltier, à de simples plaques de petites dimensions se faisant face.L'utilisation de cette structure géométrique extrêmement simple des éléments de Peltier permet, par exemple, de réaliser un appareil de climatisation miniaturisé spécial qui peut être utilisé aussi bien pour refroidir que pour chauffer et qui fonctionne sans circuit frigogène, sans pièce mécanique mobile (à l'excep- tion d'un ventilateur), presque sans vibration et sans bruit, avec un minimum d'entretien et un maximum de fiabilité, tout en offrant de bonnes possibilités de réglage et une faible inertie. L'appareil peut être conçu de façon à fonctionner dans toutes les positions et aussi bien sous une accélération nulle (zéro g) que sous de fortes accélérations. Pour les débits d'air relativement petits, son efficacité et son mode de fonctionnement sont pratiquement inégalables. La structure d'un tel dispositif se compose d'un groupe d'éléments de Peltier montés en série, sur les côtés chauds et froids desquels sont montées des ailettes de convection. Par convection, un mélange gazeux se refroidit par paliers le long du côté froid des éléments de Peltier jusqu'au point de rosée, le condensat résultant étant évacué par une sorte de cyclone, par une chicane à fente ou par des écrans perforés. Le courant gazeux restant est ensuite réchauffé à la température voulue en balayant les nervures disposées sur les faces chaudes des éléments de Peltier. Un tel agencement ou dispositif peut être réalisé sous la forme d'un petit appareil de climatisation , dans lequel il est prévu que le courant d'air ne soit chauffé que jusqu'à la température voulue sur le côté chaud des éléments de Peltier et, pour cela qu'il soit dévié précocement hors de l'appareil . Dans ce cas, une partie des éléments de Peltier doit être refroidie d'une autre manière, par exemple, par un circuit d'air de refrôi- dissement séparé ou par des liquides de refroidissement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite sans aucun caractère limitatif, en référence au dessin annexé, dans lequel la figure 1 est une représentation schématique d'un petit appareil de climatisation conforme à l'invention ; et, la figure 2 est une vue en coupe effectuée selon la ligne A-A de la figure 1. La figure 1 représente schématiquement un petit appareil de climatisation I qui comprend une enveloppe extérieure 3 entourant une paroi isolante 2, cette enveloppe qui a une section transversale rectangulaire (comme le montre la figure 2) étant incurvée en U. Le long de l'axe ou du plan médian 4 de l'envelop pe 3, sont alignés à une certaine distance a les uns des autres, des éléments de Peltier 5 comportant des ailettes 6 qui sont orientées verticalement dans la direction de circulation des fluides (comme l'indique les flèches) et dont les extrémités 7 s'étendent jus qu'à la surface intérieure 8 de la paroi isolante 2. L'enveloppe 3 présente, du côté opposé à sa partie incurvée en U 9 une ouverture d'entrée 10 et une ouverture de sortie 11 qui s'évasent vers l'extérieur.Un ventilateur 12 est monté dans l'ouverture d'entrée 10 afin d'engendrer un courant de fluide (comme l'indique les flèches). Dans la région de la courbure de l'enveloppe 3, une évacuation 14 pourvue d'ouvertures 13 est prévue à l'ex- trémité de la rangée d'éléments de Peltier 5 ; une évacuation analogue 14' avec des ouvertures 13' est-également formée dans la paroi isolante 2 de la section de sortie. Les ouvertures 13, 13' et les évacuations 14, 14' sont destinées à aspirer les condensats se formant dans les canaux de circulation 15, 16 de lten- veloppe 3. Pour éviter que le courant d'air (voir les flèches) s'échauffe au-delà de la limite désirée de température sur le côté chaud des éléments de Peltier 5, on a prévu dans l'enveloppe 3, du côté chaud des éléments de Peltier 5 des canaux 17, 18 pour une évacuation précoce de l'air. La figure 2 est une vue en coupe transversale de l'appa reil de climatisation 1, qui met en évidence la section rectangulaire de la paroi isolante 2 et de l'enveloppe 3 et qui montre la disposition symétrique par rapport à l'axe 4, des éléments de Peltier 5 qui sont montés le long de celui-ci et qui se prolongent par les ailettes 6. Il est à noter que le canal de circulation 15 situé au-dessus de l'axe 4 correspond à la section de refroidissement 19, tandis que le canal 16 situé sous cet axe représente la zone de chauffage 20. Pour une conception optimale d'un tel appareil de climatisation de petites dimensions, il est nécessaire de faire des calculs basés sur les conditions limités données des surfaces d'échange de chaleur (ailettes), du débit d'air (circulation) et du nombre, ainsi que du type des éléments de Peltier. C'est ainsi, par exemple, qu'en ce qui concerne l'exem- ple de réalisation décrit ci-dessus, une estimation grossière donne : nombre des éléments de Peltier : 12 (3 x 4 rangées) température de l'air à l'entrée = 200C après refroidissement = 2,50C à la sortie = variable en fonction du débit de l'air (maximum 300C). débit de l'air = 1,1 litre/sec consommation électrique = 0,9 watt (sans ventilateur) (lors d'une évacuation précoce de l'air à une température de 160C, 16, 5 W doivent être évacués par un refroidissement séparé). REVENDICATIONS 1. Dispositif pour séparer des gaz par une condensation partielle d'une phase gazeuse, par exemple, pour éliminer l'eau de l'air, en particulier, dans le cadre d'une réfrigération ou d'une climatisation thermo-électrique dans laquelle on utilise des thermo -éléments constitués de matériaux semi-conducteurs, caractérisé en ce que les thermo-éléments sont des éléments de Peltier (5) alignés, pourvus d'ailettes (6), et réalisés sous la forme d'un échangeur de chaleur, les ailetlettes (6) étant limitées, du coté oppo#sé aux éléments de Peltier (5) par une paroi isolante (2) et disposées de préférence, parallèlement à cette paroi isolante (2), et en ce que la paroi isolante (2) forme une enveloppe (3) en forme de U, sur l'axe ou le plan médian (4) de laquelle sont montés les éléments de Peltier (5) et dans laquelle les ailettes (6) sont balayées par un courant d'air. 2. Dispositif selon la revendication1, caractérisé en ce que l'enveloppe (3) présente sur coté opposé à celui incurvé en U, et de part et d'autre des éléments de Peltier (5), une ouverture d'entrée (10) et une ouverture de sortie (11). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un ventilateur (12) est monté dans l'ouverture d'entrée (10). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'à l'extrémité de la rangée d'éléments de Peltier (5) est prévue, à l'intérieur de la courbure de l'enveloppe (3), une évacuation (14) comportant des ouvertures (13). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que à la transition entre sa région incurvée et sa région rectiligne, l'enveloppe (3e2 présente, à sa partie inférieure et dans la surface intérieure (8) de la paroi isolante (2), une évacuation (14') pourvue d'ouvertures (13'). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le courant d'air n'est échauffé, du côté chaud (20) des éléments de Peltier (5) que jusqu'à une température donnée et est précocement dévié. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est utilisé comme installation ou appareil de climatisation (2). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est réalisé sous une structure modulaire.