Brevet FR2549947A1 — publié le 19850201

Echangeur thermique en particulier pour déshumidificateur d'air, et dispositif déshumidificateur équipé d'un tel échangeur. L'invention concerne les échangeurs statiques de chaleur, à courants croisés, dans lesquels le fluide secondaire est de l'air. L'invention concerne plus par ticulierement les échangeurs de chaleur destinés à être montés dans des déshumidificateurs d'air; leur conception doit donc être étudiée de telle manière que le fluide primaire réfrigérant absorbe dans l'air une quantité de chaleur, essentiellement chaleur latente, suffisante pour provoquer la condensation de la vapeur d'eau qu'il contient. L'invention se rapporte également aux dispositfts déshumidificateurs d'air équipés d'un tel échan geur. De façon connue, dans les échangeurs stues, les deux fluides échangeant de la chaleur sont séparés par une paroi conductrice solide; lorsque les fluides primaire et secondaire ont des sens d'écoulement perpendiculaires, l'échangeur est dit à courants croisés. On connaît déjà les échangeurs statiques de chaleur à courants croisés réalisés sous forme de serpentin hélocoidal, dans l'interstice hélicoïdal duquel l'air est foncé. De tels échangeurs présentent l'inconvenient d'être encombrants. De plus, ils ne permettent pas aisément, pour une fabrication à la chaîne de ces éléments, de réaliser une gamme serrée d'échangeurs de capacités différentes La solution industrielle la plus rentable consiste en effet à empiler plusieurs serpentins pour obtenir une capacité de l'échangeur plus élevée, entraînant incréments de capacité forts, et encombrement. Enfin, les échangeurs hélicoidaux se caractérisent par un écoulement moins favorable de l'eau de condensation le long du serpentin, et~par des pertes de charge du fluide primaire réfrigérant importantes dues au rayon de courbure " en outre variable, du conduit. On connaît également les échangeurs de chaleur formés de nappes d'éléments tubulaires horizontaux, reliés les unes au autres de manière à former un conduit continu de circulation du fluide réfrigérant, ces nappes étant empilées l'une derrire l'autre, et croisées d'une juxtaposition d'ailettes verticales, généralement ondulées, définissant des couloirs de circulation d'air étroits et parallèles interceptant chacun une portion de chaque élément tubulaire horizontal. Dans de tels échangeurs, le serpentin tubulaire constitue l'évaporateur d'un circuit relié à un groupe frigorifique; le serpentin est alors chargé de refroidir les ailettes par conduction; Ces dernières provoquent essentiellement le refroidissement de l'air {chaleur sensible), et ont un faible taux d'échange en chaleur latente (condensation de la vapeur d'eau). Pour un fort encombrement, et l'utilisation d'une grande quantité de métal conducteur constituant le serpentin et les ailettes (généralement du cuivre ou de l'aluminium), on a donc finalement un mauvais rendement de condensation au centimètre carré, puisque ce sont presque uniquement les éléments tubulaires qui permettent le changement de phase. De plus, on rencontre souvent des problèmes de givrage entre les ailettes. L'objectif de l'invention est donc de supprimer ces inconvénients : au lieu de provoquer la conden station ..1# ab -sser..ent de la Lempérature de la masse d'ai au point de rosée (chaleur sensible), on lamine cette masse d'air entre les éléments tubulaires, et on augmente les surfaces de contact avec ceux-ci, ce qui permet de supprimer les ailettes et de travailler en chaleur latente, (moins consommatrice de puissance). L'échangeur thermique, en particulier pour déshumidificateur d'air, du type statique à courants croisés, consiste en un boîtier ouvert sur 2 de ses faces opposées renfermant un serpentin creux formant le circuit d'un fluide primaire réfrigérant, ce boîtier étant traversé de part en part par le flux du fluide secondaire qui au cours de son passage effleure la paroi externe du serpentin, et est caractérisé en ce que le serpentin est formé d'éléments tubulaires verticaux et parallèles, disposés suivant au moins une rangée (ou nappe), ces éléments étant reliés les uns aux antres à leurs extrémités inférieures et supçricures au moyen de coudes étanches de manière à former au moins un conduit continu de circulation du fluide réfrigérant. La suppression des ailettes de convexion, et l'utilisation du serpentin tubulaire sieultanézent en tant qu'évaporateur inclus dans le circuit primaire d'une part, en tant #que seul composant do l'échange thermique d'autre part, sont favorables pour plusieurs raisons. La plus grande simplicité de fabrication de ltéchangeur thermique autorise qu'elle soit réalisée à la machine, et offre donc la possibilité de forte capacité de production. La fabrication automatisée de l'échancgeur thermique suivant l'invention ne nécessite d'apporter que de légères modifications aux outillages, machines et composants élémentaires utilisés pour la fabrication des échangeurs à ailettes. La suppression des ailettes, d'autre part, climinue les pertes de charge accusées lors de la circulation de l'air, et donc la puissance nécessaire de ventilation.Les éléments tubulaires verticaux constituent chacun une surface de ruissellement de l'eau de condensation; cette conception évite l'inconvénient propre aux ailettes verticales de refroidissement, consistant en ce que l'eau de condensation extraite sur toute leur surface a tendance à s'accumuler en bout de chaque ailette par l'effet d'entraînement du mouvement de la masse d'air, et d'y être alors à nouveau vaporisée. Le rendement obtenu dans la présente invention est don meilleur, du fait que la force d'entrainement de la masse ne ne 'exerce plus que sur de Set es quar.titeb d {au cor.d ee pour les- quelles les forces de capillarité jouent un plus grand rôle. L'échangeur selon l'invention peut etre monté en particulier dans un dispositif déshumidificateur d'air, lequel est destiné aussi bien à l'usage domestique qu'à l'usage industriel. Les dispositifs déshumidificateurs connus présentent les inconvénients déjà nommés d'être encombrants et lourds, donc difficilement transportables. Le déshumidificateur selon l'invention, au contraire, peut constituer un appareil électroménager tout à fait maniable comme on le verra dans la description du mode de réalisation présenté ci-apres. Le montage monobloc de ltensedble : ventilateur-pulseur, puis échangeur, enfin condenseur, permet une grande compacité du dispositif, le condenseur situé en fin du circuit emprunté par la masse d'air traitée causant des turbulences faborables dans l'échangeur; placé en outre sur la face avant de l'appareil il assure une bonne sécurité en interdistant, par exemple, aux doigts d'un enfant, l'accès aux pales du ventilateur. L'appareil comporte en outre un ensemble de d#spo- sitifs (régulation, dégivrage) en assurant le fonctionnement auto.atique et sûr; le coffret est muni de moyens de préhension et de fixation qui en assu rent le transport et l'installation aisée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description sui vante d'un mode de réalisation, et des dessins annexés dans lesquels - la fig.1 représente la vue de dessous de l'échangeur thermique monté monobloc avec le condenseur, - la fig.2 représente la vue de face du même ensemble, - la fig.3 représente une vue en perspec tive de l'ensemble, - la fig.4 représente l'appareil deshumidi ficateur, ouvert, - la fig.5 représente une vue de l'appareil fermé, - les figures 6 et 7 representent deux odes d'installation de l'appareil déshumidificateur. L'ensemble monobloc A représenté en fig.3 comprend l'échangeur 1, le condenseur 2, et le panneau 3 d'arri mage du ventilateur. L'échangeur 1 se compose d'éléments tubu laires verticaux, de préférence de section circulaire, montés parallèlement entre deux flasques horizontaux supérieur- 12 et inférieur 13, lesdits' éléments tubulaires étant réunis entre eux au moyen des coudes étanches 11. De manière préférentielle, les éléments tubulaires sont tout d'abord assemblés à part, deux #par deux, au moyen d'un coude étanche 11, puis en suite enfilés successivement dans les flasques inférieur 13 et supérieur '12, pour etre enfin reliés entre eux au-dessus du flasque supérieur 12 au moyen de coudes étanches il de manière à former un conduit de circulation unique du fluide réfrigérant. Selon un autre mode de réalisation, les éléments tubulaires verticaux 10 peuvent êre reliés entre eux de manière à former plusieurs conduits de circulation successif s et/ou parallèles. Dans le cas d'un conduit de circulation unique, les éléments tubulaires 10 sont préférentiell#ent reliés entre eux de manière à former des séries ou nappes 16 parallèles et successives. Dans le cas où plusieurs nappes d'éléments tubulaires sont empilées l'une derrière#l'autre, les nappes sont décalées deux à deux en quinconce, de façon à guider l'air traversant l'échangeur selon un trajet en chicanes Le flasque inférieur 13 est percée de trous 14 d'écoulement de l'eau de condensation, ménagés régulièrement, de manière préférentielle, entre les intersections des éléments tubulaires d'une même nappe avec le flasque 13. L'embout 15 constitue l'embout d'entrée du fluide Léfrigérant dans l'échangeur, ce dernier étant préfé- rentiellement Liévaporateur d'un circuit relié à un groupe frigorifique. En fig.1, on note la position préférentielle des trous d'écoulement 14, et les embouts 15 et 17, respectivement d'entrée et de sortie du fluide réfrigérant dans l'échangeur thermique. De manière préférentielle,#les liaisons étanches des coudes 11 avec les éléments tubulaires verticaux 10 d'une part, et les liaisons de fixation de ces éléments 10 sur les flasques 12 et 13 sont réalisées par brasure. L'échangeur thermique 1 est fixé latéralement sur deux panneaux latéraux 31 et 32, de préférence au moyen de rivets 30. L'ensemble est recouvert d'un revêtement anti-corrosion, notamment par rylsanisation ou application d'une couche de résine époxy ou analogue. Le condenseur 2 monté monobloc avec l'échangeur thermique 1 entre les deux panneaux latéraux 31 et 32, est constitué de façon connue d'une nappe d'éléments tubulaires horizontaux 26 reliés entre eux par des coudes étanches 21, de manière à former un conduit de circulation du fluide réfrigérant muni en entrée,de l'embout 23 et en sortie,de l'embout 24. La nappe est d'autre part croisée de lames ondulées verticales 25 délimitant des couloirs verticaux de circulation de la masse d'air traitée. Le panneau arrière 3 est fixé aux panneaux latéraux 31 et 32, de préférence par rivetage, e. resoit le ventilateur. Deux ailes inférieures 33 permettent la fixation de l'ensemble A dans le carter de l'appareil déshumidifica teur. L'ensemble des éléments composant le bîcciA est recouvert d'un revêtement anti-corrosion comme décrit ci-dessus pour ltéchangeur thermique Un mode de réalisation préférentiel du déshumidificateur d'air, muni de l'échangeur selon l'invention, est présenté en fig.4. Le coffret 50du déshumidificateur présente préférentiellement une.forme parallélépipédique et est muni extérieurement dans sa partie supérieure d'une anse articulée 52.Le bloc A comprenant l'échangeur thermique 1, le condenseur 2, et le ventilateur, est logé dans une des moitiés intérieures du coffret50* L'autre moitié comprend le compresseur 60 du circuit de réfrigération, le conduit d'admission 62 du fluide réfrigérant dans l'échangeur engagé de manière étanche sur l'embout 15, le conduit de retour du fluide réfrigérant en sortie du condenseur 2 engagé de manière étanche sur l'embout 24 ; un serpentin capillaire relie extérieurement l'embout 23 de sortie de l'échangeur 1 à l'embout 17 drentrée du condenseur 2 Le bloc A est p.#éfâr#r#ie.lIonent de telle manière que le ventilateur aspire l'air à traiter à travers des jours 48 ménagés dans la partie arrière du coffret 50 du déshumidificateur, et que le condenseur se présente donc sur la face avant de l'appareil. Un filtre amovible peut être glissé dans des encoches situées sur le panneau arrière du coffret 50,de manière à filtrer l'air aspiré par le ventilateur. De manière préférentielle, une plaque isolante 53 est posée au-dessus du bloc A, pour éviter les échanges thermiques avec l'extérieur. Selon un mode préférentiel de réalisation, l'appareil déshumidificateur est doté d'un hygrostat régula#nt le fonctionnement de l'appareil pour maintenir une hygrométrie ambiante affichée par l'utilisateur. L'appareil déshumidificateur est également doté d'un thermostat décelant le givrage des éléments tubulaires 10 de l'échangeur thermie 1 ; le dégivrage est alors automatiquement effectue par ex##le, gr#oe & fonctionnement du seul ventilateur, le fonctionnement du groupe frigori- fique étant interrompu. Le capteur commandant le dégrivrage peut être muni d'une minuterie. Le bac de récupération d'eau 51, en forme de tiroir, est logé dans la partie inférieure de l'appareil déshumidificateur, derrière la porte 56 (fig.5). Selon un mode préfentiel de réalisation, ce bac est de forme parallélépipédique et est fermé sur ses six cotés à l'exception d'une ouverture 54. Le bac présente sur sa face supérieure un rebord vertical 56 guidant lreau de condensation vers l'orifice 54, et donc vers l'intérieur du bac 51. L'orifice 54 sert également de poignée de transport du bac lorsque celui-ci est rempli. Un voyant 55 situé sur la face avant de l'appareil signale son trop-plein. La grille du condenseur 57 apparaissant sur la face avant de l'appareil déshumidificateur dispense 1 t air traité dans la pièce et interdit l'accès aux pales glu ventilatueur L'anse 52 constitue un moyen de préhen slon.pratique de L'appareil, et lui assure donc sa granae maniabilité ; mais elle est également conçue'pour servir de support de fixation du déshumidificateur au plafond (fig 6) ou sur une paroi verticale (fig.7). De manière préférentielle l'anse 52 est percée d'un trou 58 en son milieu et de deux trous symétriques au premier 59, qui permettent la fixation de l'anse sur une paroi au moyen d'un système vis-cheville ou analogue Une équerre 49, solidaire du coffret50 du déshumidificateur, située dans sa partie arrière inférieure, assure un quatrième point de fixation sur une paroi verticale par lé moyen d'un trou percé à la verticale du trou central 58 de l'anse 52 et à une distance de celui-ci égale à celle séparant, sur l'anse 52, le trou central 58 de chacun des trous symétriques 59.Ainsi, après avoir perforé la paroi destinée à recevoir le déshumidificateur en regard des trous 58 et 59 de l'anse et au moyen d'un niveau à bulles horizontal, l'installateur pourra, par simple rotation de l'anse 52 de 90 , autour du trou 58,- et au moyen d'un niveau à bulles vertical, perforer la paroi dans l'alignement exact du quatrième trou ménage dans l'équerre 58. L'appareil déshumidificateur selon l'i.n- vention décrit ci-dessus, correspond à un appareil portatif domestique répondant à toutes les exigences de sécurité, d'efficacité, de compacité, de portabilité,et d'une conception telle qu'il est susceptible d'être fabriqué en grande série A titre d'exemple, un tel appareil dont le coffret présente les dimensions extérieures de 630 x 200 x 400 m et pour un poids de 25 kg permet de traiter 250 m3 à l'heure d'air. L'appareil fonctionne pour un air ambiant de 50C à 300C et régule l'hygrométrie entxe 40% HR et 1002 HR à plus ou moins 5%. Il est à noter que l'invention ne se limite pas à ce mode de- réalisation, et que l'échanaeur therrique, notamment, peut également être utilisé pour un fluide secondaire autre que l'air ou éventuellement pour une autre fonction que la déshumidification. REVFNDI & TiONS 1 ) Echangeuc thermique(l) , en particulier pour déshlumidificateur d'air du type statique à cc - rants croisés, consistant en un boîtier ouvert sur deux de ses faces opposées et renfermant un serpentin creux formant le circuit d'un fluide primaire réfrigérant, ce boîtier étant traversé de par en part par le flux du fluide secondaire qui au cours de son passage effleure la paroi externe du serpentin, caractérisé en ce que le serpentin est formé d'éléments tubulaires (10) verticaux et parallèles, disposés suivant au moins une rangée (16), ces éléments étant reliés les uns aux autres à leurs extrémités inférieures et supérieures au moyen de coudes étanches (ll) de manière à former au moins un conduit continu de circulation du fluide réfrigérant. 20) Echangeur thermique selon la re vendication 1, comportant au moins deux rangées (16) d'éléments tubulaires, caractérisé en ce que deux rangées (16) adjacentes sont décavées en quinconce de façon à guider l'air traversant l'échangeur (1) selon un trajet en chicanes. 30) Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'extrémité supérieure de chaque élément vertical est engagée dans un orifice d'un flasque horizontal supérieur (12), et rendu solidaire de ce flasque. 4 ) Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'extrémité inférieure de chaque élément (10) est engagée dans un orifice d'un flasque horizontal inférieur (13), et rendu solidaire de ce flasque. 50) Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le flasque horizontal inférieur (13) est percé d'orifices (14) d'écoulement de l'eau de condensation. 60) Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les éléments tubulaires (10) et les flasques (12, 13) sont recouvcrts d'un xevetement anti-corrosion par rylsanisation, par application d'une couche de résine époxy ou analogue 7o) Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'échangeur (1) est monté monobloc avec un condenseur (2) forme d'une part d'une nappe d'éléments tubulaires horizontaux (26) parallèles, reliés entre eux par leurs extrémités au moyen de coudes étanches (21) et d'autre part, de lames verticales ondulées (25) engagées dans la nappe d'éléments tubulaires (25), l'échangeur et le condenseur (2) étant fixés entre deux montants latéraux (31, 32) et un panneau arrière (33) destiné à recevoir un ventilateur pulsant l'air, ce dernier traversant successivement l'échangeur (1) puis le condenseur (2). 80) Déshumidificateur utilisant un échangeur thermique selon l'une quelconque des revendications de l à 7. 90) Déshumidificateur selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un coffret (50) contenant d'une part, l'échangeur (1), le condenseur (2) et le ventilateur, montés monobloc et surmonté d'une plaque isolante (53), et d'autre part un compresseur (60) régulé par hygrostat (61) et muni d'un système automatique de dégivrage de l'echangeur (1), un bac (51) amovible de récupération de l'eau de condensation et un filtre à air monté en amont du ventilateur. 100) Déshumidificateur selon la revendication 9, caractérisé en ce que le coffret (50) est pourvu extérieurement dans sa partie supérieure d'une anse (52) articulée. l10)'Déshumidificateur selon la revendication l0,#caractérisé en ce que l'anse (52) est percée d'un trou (58) en son milieu et de deux trous (59) symétriques au premier, et en ce que le coffret (50) est muni d'un support (49) en équerre situé dans sa partie arrière inférieure, le dit support étant percé d'un trou, à la verticale du trou central (58) de l'anse (52) et à une distance de celui-ci égale à celle séparant, sur l'anse (52), le trou (58) central d'un quelconque des deux trous (59) symétriques.