Brevet FR2595795A1 — publié le 19870918

La présente invention concerne un élément évaporateur d'eau capillaire. L'évaporation de l'eau est utilisée pour humidifier un flux d'air ou refroidir un échangeur associé. Le transfert de l'eau dans l'air peut être réalisé suivant plusieurs techniques: soit par évaporation directement à la surface libre du liquide; soit par évaporation sur une surface humidifiée par ruissellement ou capillarité; soit par pulvérisation d'eau dans un flux d'air; soit par production et diffusion de vapeur d'eau directement dans l'air. L'évaporation à la surface libre d'une réserve d'eau n'offre pas un trés bon rendement d'échange naturel "air-eau". Cette réserve d'eau accrochée nécessairement verticalement à un émetteur de chaleur à eau chaude installé dans le local, présente une autonomie de fo-nctionnement limitée. Pour être durable et conduire la chaleur favorable à 1 'évaporation,cette réserve d'eau est construite en terre cuite ou en faïence.Le poids de l'élément rempli d'eau et l'encombrement en façade d'un émetteur de chaleur limitent les dimensions de la surface libre du liquide. L'évaporatiorl ue l'eau sur unesurface humidifiée est, par les dimensions plus importantes que la solution précédante, une amélioration du rendement. Une feuille capillaire, plongeant en partie dans un réservoir d'eau et tendue sur une grille, constitue un humidificateur d'air, également accroché verticalement à un émetteur de chaleur principalement à eau chaude. La fragilité de la feuille capillaire,généralement du papier buvard et les marques disgracieuses de la diffusion capillaire sur un matériau initialement clair, nécessite une grille de protection. Ensemble, de dimensions plus importantes et plus e'lancées qu'un simple réservoir d'eau, ne peut utiliser des matériaux fragiles et lourds comme la terre cuite ou la faïence.Les matières plastiques employées n'offrent pas une bonne conduction de la chaleur favorable à l'évaporation de l'eau du réservolr.ouvert. La fragilité du papier buvard à la déchirure sous son propre poids humide, limite les dimensions verticales de l'élément évaporateur, ce qui ne lui autorise pour sa présentation que de simples formes rectangulaires. Le blême principe est exploité dans une centrale de traitement d'air. La surface humidifiée cette fois par ruissellement, présente une surface développée favorable à un échange "air-eau" . L'ensemble constitué de plaques formées et traversées par un flux d'air ,doit offrir des pertes de charge aussi réduites que possible.Pour limiter la consommation d'eau et utiliser au mieux la chaleur sensible récupérée, il est nécessaire de prévoir le recyclage de l'eau ainsi qu'un asservissement de fonctionnement avec le réseau d'air.L'évaporation obtenue de cette manière offre des performances plus importantes, autorise le contrôle et l'ajustement du degré d'humidité relative, mais constitue un traitement dynamique de l'air, traitement consommateur d'énergie de fonctionnement et nécessite une énergie électrique auxiliaire.Une autre techniqUe consiste à fragmenter l'eau en de fines gouttelettes dans l'air. L'ensemble des fines particules obtenues dégage une surface développée d'échange importante. Ce traitement central,situé dans un réseau de gaine de soufflage d'air ou utilisé directement dans le local, constitue également un système de traitement dynamique de l'air.Une autre solution assiste à produire directement de la vapeur d'eau dans l'air. La quantité de chaleur nécessaire à la vaporisation est fournie par des électrodes ^ un générateur à ultra-son. Le matériel utilisé s'intègre dans un système de traitement d'air dynamique consommateur d'énergie, nécessite également une régulation de la production de vapeur aux caractéristiques désirées de l'air. L'élément évaporateur selon l'invention utilise le phénomène de diffusion capillaire dans un matériau poreux, pour véhiculer l'eau de remplacement à la surface d'échange "air-eau" de celui-ci. I1 est constitué d'un aggloméré rigide de matériaux pulvérulents légèrement fritté,à granulométrie choisie unique ou différente, présentant ainsi des zones de densité et porosité variées. Les poudres utilisées sont choisies dans le même matériau ou dans des matériaux à comportements thermiques différents, ce qui donne alors à l'évaporateur la possibilité de présenter un comportement capillaire variable en fonction de la charge thermique du matériau. La forme de l'élément évaporateur rigide dépend essentiellement des limites de façonnage des poudres utilisées et d'usinage après élaboration. Des fils métalliques inoxydables peuvent constituer une armature interne rigide de l'élément évaporateur. Des fibres inertes, à point de fusion élevé, incorpores pendant l'élaboration du mélange des poudres, augmentent également la résistance mecanique par une meilleure répartition des renforts dans le matériau. Ce deuxième traitement réduit la rupture fragile du matériau. Des grains de couleurs différentes autorisent tout dessin dans la masse. Des poudres dont la couleur change en présence d'eau, utilisées dans la masse ou simplement en revêtement de surface, revelent les zones mouillées par diffusion capillaire.Pour stopper la capillrité qui pourrait se développer au contact d'autres matériaux, l'élément évaporateur reçoit un revêtement externe etanche à l'eau . L'élément évaporateur présente des nervures ou zones de passage privilégiées qui distribuent l'eau d'alimentation avec un débit suffisant pour irriguer les zones superficielles terminales d'évaporation. Ces nervures ou zones d'irrigation sont structurées en arborescence, en réseau maillé ou la combinaison des deux.Pour obtenir une quantité d'eau évaporee importante, l'évaporateur presente une surface déve lopée en conséquence. Ce résultat est obtenu par l'emploi de plusieurs éléments capillaires de forme élementaire ou complémentaire.Chaque élément évaporateur puise son eau d'alimentation soit directement dans leur propre réservoir solidaire ou par l'intermédiaire d'un rc?ii capillaire sur lequel il peut être connecté ou également sur un réseau d'eau sous pression. L'évaporateur selon l'invention présente une surface développée d'évaporation qui peut être indépendante de l'autonomie de fonctionnement et de la géométrie du support, une rigidité et résistance suffisante qui ne nécessite pas une protection mécanique rapportée ; autorise des formes et dimensions variées compatibles.avec les limites physiques du phénomène capillaire; réduit les traces superficielles d'évaporation par un choix approprié des couleurs; fonctionne sans régulation, directement en fonction des disponibilites d'échange "air-eau"; ne consomme aucune énergie de fonctionnement; peut constituer un élément indépendant ou centralisé de transfert d'humidité dans l'air; permet de juger visuellement de l'importance du phénomène d'humidification du matériau. Les dessins annexés illustrent l'invention dans des compositions et usages différents: La figure 1 représente un élément évaporateur sous forme de grille avec une alimentation interne en réseau maillé. La figure 2 représente 1., (ullpe de la figure 1 suivant A-A La figure 3 illustre 1 , t 'I !)rés kntant une alimentation d'eau en réseau arborescent,utilisé également comme élément constitutif d'une grille d'humidification, placée dans un flux d'air. La figure 4 présente l'évaporateur en tant qu'élément rigide enrobant un échangeur de chaleur tubulaire. L'élément représenté sur la figure 1 comporte des lames (1) constituant la zoned'évaporaticn d. l'eau, rclines par une lame centrale (2), également élément évaporateur, mais aussi canal d'irrigation complémentaire de la zone centrale des lames (1). L'ensemble constitué est ceinturé d'une bande capillaire (3) d'alimentation d'eau terminée par une prise d'eau (4) plongeant dans une reserve d'eau ou connectée sur un réseau intermédaire d'alimentation. La ceinture d'alimentation capillaire interne (3) n'etant pas placée directement dans le flux d'air et au contact possible avec d'autres matériaux, reçoit un revêtement étanche (5). L'ensemble est réalisé par agglomération à froid d'une poudre par pressage et ensuite léger frittage de celui-ci pour lui conserver son réseau interne caverneux et communicant. Avant refroidissement la périphérie de la grille passe dans un bain de poudre thermoplastique pour réaliser le revêtement étanche. Avant formage, les renforts métalliires (6) peuvent être positionnés dans le moule. L'eau arrive dans la prise d'eau (4), irrigue les lames centrales (1) par diffusion à travers la zone périphérique (3). La figure 3 représente une variante du cheminement de l'eau d'alimentation. De la prise d'eau (4) dans un réservoir ou sur un réseau intermédiaire, l'eau chemine par diffusion capillaire à travers une zone de répartition (3) jusqu'aux lames évaporatrices (1). La figure 4 présente l'élément évaporateur sous forme de deux demi coquilles (7) et (8), enrobant un échangeur de chaleur tubulaire (9) dans cet exemple. L'ensemble dessiné qui peut présenter des surfaces d'échange "air-eau" augmentées par des ailettes façonnées dans la masse du matériau,est démontable et posède deux alimentations séparées d'eau (10) et (11). La liberté d'utilisation des matériaux permet de les employer sous forme d'élémentsrésistants mécaniquement et élancés tel que des grilles ou plaques minces. Employées comme élément humidifica teur,celles-ci placées dans un flux d'air n'offrent que peu de pertes de charge. Ces grilles peuvent constituer un élément de protection et un élément de répartition du flux d'air en bout de gaine de ventilation tout en étant un élément actif du traitement d'air ou alors être intégrées dans une centrale. Ces grilles capillaires associées à une réserve d'eau constituent des éléments évaporateurs indépendants lorsqu'elles sont pUbiLiurlllées uoUb le flux d'air d'un émetteur de chaleur du type convecteur,même si celui-ci ne présente pas d'inertie thermique importante.Cette grille positionnée dans le jet d'air d'un ventilateur hélicoide indépendant du type brasseur d'air suspendu ou oscillant sur pied constitue un moyen statique pour rafraichir l'air par évaporation. L'évaporateur utilisé dans une version plane rigide et résistante offre une grande liberté de choix de surfaces. L'évaporateur positionné sur un émetteur de chaleur de type radiateur à eau chaude ,constitue un humidificateur participant directement par son dessin à la décoration intérieure du local. En ajoutant dans l'eau d'alimentation un produit odorant, l'évaporateur diffuse l'odeur dans le flux d'air. Cet aggloméré capillaire évaporateur mis en forme et utilisé sous forme de plaque ou coquille de revëtement d'un élément constitutif d'un réseau d'air ou de fluide, constitue une source froide qui transmettra à son support par conduction,de l'énergie produite par l'évaporation de l'eau. Cet échangeur de chaleur fournit de l'eau refroidie par un procédé statique,ou rafraichit un flux d'air dans un réseau de climatisation. REVENDICATIONS 1) Elément évaporateur d'eau dans l'air caractérisé en ce qu'il est constitué d'un aggloméré formé et fritté de poudre développant une texture poreuse rigide qui assure un mouvement capillaire dans des zones ou nervures d'irrigation privilégiées à travers le matériau Jusqu'à la répartition du liquide à ia surface d'échange "air-eau" avant son évaporation de cette surface placée directement dans le flux d'air 2) Elémént évaporateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'emploi sans mélange, de poudres de granulométries différentes, définit des zones à porosités variées 3) Elément évaporateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'emploi d'un mélange de produits en poudre possédant des coefficients de dilatation thermique differents,lui donne une porosite ouverte variable en fonction de la charge thermique du matériau. 4) Elément évaporateur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que des fils métalliques inoxydables constituent un renforcement mécanique interne 5) Elémént évaporateur selon l'une quelconque des revendications précédentes caracterisée en ce que l'incorporation dans la poudre, de fibres à point de fusion supérieur à la température de frittage, constitue un renforcement mécanique réparti 6) Elément évaporateur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la couleur de la poudre utilisée constitue la couleur de fond de l'élément 7) Elément évaporateur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'incorporation de poudre à changemment de couleur en présence d'eau ,dans des zones définies ,permet par l'observation de ce changement de teinte ,de juger de l'importance de l'humidification du matériau 8) Elément évaporateur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'un revétement étanche à l'eau recouvre les parties en contact avec d'autres matériaux étrangers 9) Elément évaporateur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le corps de celui-ci plonge directement dans l'eau de son réservoir REVENDICATIONS (suite) 10) Eléént évaporateur selon l'une des revendications 1 ou 2 ou 3 ou 4 ou 5 ou 6 ou 7 ou 8 caractérisé en ce que l'alimentation en eau est assurée par la connexion du corps de l'évaporateur sur un réseau intermédiaire sous pression ou également capillaire