Brevet FR2638512A1 — publié le 19900504

La présente invention concerne un humidificateur pour système de conditionnement d'air et, plus particulièrement, pour système de conditionnement d'air d'aéronef. On connaît déjà un tel humidificateur qui a fait l'objet de la demande de brevet nO 88 07594 déposée le 3 juin au nom de la société Industrielle du Ponant, S.A. et intitulée "Humidificateur pour sy6te- me de conditionnement d'air", et dans laquelle les présents demandeurs sont mentionnés comme inventeurs. Cet humidificateur comprend, dans une gaine de circulation d'air chaud d humidifier, un atomiseur d'eau à ultrasons dont l'entrée reçoit de l'eau liquide et dont la sortie émet des particules d'eau au sommet d'un cône divergent s'étendant jusqu'à la paroi de la gaine, la surface latérale du cône étant percée de trous par lesquels l'air chaud passe pour rencontrer les particules d'eau et les entrainer en les vaporisant. Un objet de la présente invention consiste à apporter des perfectionnements à cet humidificateur de manière, notamment, à obtenir une meilleure efficacité. Suivant une caractéristique de l'invention, il est prévu que le cône divergent est remplacé par une surface de révolution ouverte comme un cône, mais dont le sommet a sensiblement la forme d'une calotte de shère, le centre dudit sommet est percé pour le passage d'un atomiseur d'eau, et la surface de révolution s'étendant Jusqu' la paroi de la gaine et étant percée de trous par lesquels l'air chaud passe. Suivant une autre caractéristique, la surface de révolution est constituée par un calotte sphérique percée en son centre et prolongée par un tronc de clone. Suivant une autre caractéristique, le demi-angle au sommet du tronc de c8ne est de l'ordre de 150. Suivant une autre caractéristique, la génératrice de la surface de révolution est une parabole percée au centre de son sommet. Suivant une autre caractéristique, la tangente à la parabole au point de rencontre avec la gaine fait un angle de l'ordre de 150 avec l'axe de la gaine. Suivant une autre caractéristique, la génératrice de la surface de révolution est une branche d'hyperbole percée au centre de son sommet. Suivant une autre caractéristique, chaque asymptote de l'hyperbole fait un angle de l'ordre de 150 avec l'axe de la gaine. Suivant une autre caractéristique, l'orifice prévu au sommet de la surface de révolution est pourvu d'une buse d'entrée d'air en forme de Venturi. Suivant une autre caractéristique, le plus petit diamètre de la buse en forme de Venturi est égale à environ 0,2 fois le diamètre de la gaine. Suivant une autre caractéristique, il est prévu, dans la surface de révolution, une sonde de température qui mesure la température humide du mélange d'air et de vapeur d'eau. Suivant une autre caractéristique, il est prévu une seconde sonde de température dans le courant d'air en amont de l'humidificateur et une troisième sonde de température dans le courant d'air humidifié en aval de l'humidificateur. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement & la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec le dessin de la Figure unique jointe. Dans une gaine cylindrique 1 dans laquelle circule de l'air chaud, réchauffé ou préchauffé, dont le sens de circulation est, comme l'indique la flèche, de gauche à droite en regardant la Figure, est installé un atomiseur d'eau à ultrasons 2, les moyens de fixation de l'atomiseur 2 dans la gaine 1 n'étant pas montrés. L'atomiseur 2 comprend un tube 3 dont l'entrée est reliée à un tube transversal 4 d'amenée d'eau liquide et dont la sortie est reliée à un diffuseur 5 formé d'une petite capsule circulaire présentant de petits orifices à sa périphérie. Par ailleurs, le tube 3 est soumis aux vibrations ultrasoniques d'un quartz, non montré, alimenté par un oscillateur électrique 6, dont la fréquence est adaptée aux caractéristiques du quartz. L'atomiseur 2 est complété par un carter cylindrique. 7 se terminant du c8té du diffuseur 5 par une buse 8 en forme de Venturi. L'axe du carter se confond avec celui du tube 3 et l'axe X-X de la gaine 1. Le tuyau transversal 4 est relié au réseau d'alimentation en eau 9 par une vanne de régulation 10. Autour du col de la buse 8 est reliée le bord d'un trou 11 percé au sommet d'une surface de révolution 12 d'axe X-X qui est ouverte vers l'aval de la gaine 1 et qui s'étend jusqu'à celle-ci pour s'y raccorder par un cercle 13. Dans l'exemple de réalisation décrit, la surface de révolution 12 a une génératrice en forme d'hyperbole dont les asymptotes H-H et H'-H' sont tracées en traits mixtes. D'autres formes de surface de révolution sont possibles comme celles qu'on a.meationnées dans le préambule, ou encore des formes voisines de celles-ci. De préférence, le rayon de courbure au sommet de la surface de révolution 12 doit être égal à 1/6 de la distance entre ce sommet et le centre du cercle 13. La paroi latérale de la surface de révolution 12 est, comme montré, percée de trous 14 par lesquels l'air chaud entre dans cette surface, le régime d'écoulement de l'air en aval de la surface 12 étant tourbillonnaire afin d'assurer un mélange homogène de l'air et des particules d'eau émises par le diffuseur 5. Des trous 15 sont également prévus dans le carter ccylindrique 7, en amont de la buse 8, de manière à laisser passer de l'air chaud d'entrainement derrière le diffuseur 5. En pratique, la perte de charge créée par la surface 12 percée de trous 14 est suffisante pour obtenir un bon débit de cet air d'entraînement. On a prévu, dans le volume interne de la surface de révolution 12, une sonde de température 16 qui comporte, à sa surface externe, une gangue alvéolée. Cette gangue est humidifiée par le brouillard d'eau atomisée, mais l'eau s'y évapore étant donné le courant d'air, ce qui crèe un refroidissement. Donc, la sonde 16 mesure la température humide de l'air humidifié. En amont de l'humidificateur 2, on a également prévu une sonde de température 17 qui mesure la température de l'air à l'entrée. Enfin, en aval de l'humidificateur 2, on a prévu une trisième sonde de température 18 qui mesure la température de sortie. La connaissante des températures mesurées par les sondes 17 et 18 est négative ce qui correspond au refroidissement du à l'eau évaporée. Les trois sondes 16, 17 et 18 sont reliées aux entrées correspondantes d'un microprocesseur 19 qui délivre le signal de commande à la vanne de régulation 10. La vanne 10 peut, par exemple, fonctionner par tout ou rien pendant un intervalle de temps déterminé à chaque fois qu'elle a été ouverte, c'est-à-dire que le débit moyen de l'eau qui y passe est déterminé par la fréquence de ses ouvertures. En pratique, les données recueillies par la sonde 16 sont exploitées dans le microprocesseur 19 pour faire varier la fréquence des ouvertures. La différence des températures recueillies par les sondes 17 et 18 sert, par exemple, à déclencher une alarme si elle est trop faible, ce qui sous-entend une évaporstlon insuffisante. Cette différente peut aussi être utilisée par le microprocesseur 19 pour augmenter le temps de fonctionnement de la vanne à chaque ouverture afin d'atteindre la valeur de différence désirée. A titre d'exemple, pour une gaine 1 d'un diamètre de 150 mm, l'angle des ssymptotes H-H et .H'-H' avec l'axe X-X peut être de 150. Dans le dessin de la Fig. 1, on n'a pas respecté cet angle de 150, les abscisses le long de l'axe X-X étant comprimées. Ainsi, avec un angle de 150, la distance entre le cercle 13 et le sommet de la surface 12 serait d'environ 250 mm. En pratique, toujours concernant le même exmple de réalisation, le diamètre minimal de la buse en Venturi 8 peut être de l'ordre 30 mm, soit environ 2/10 du diamètre de la gaine. La surface de révolution 12 peut comporter cinq rangées de trous 14, chaque rangée comportant cinq trous uniformément répartis autour de la surface.La 1 rangée de trous de 8 mm de diamètre peut se trouver à environ 11 e mn de la sortie de la buse 8; la 2e rangée de trous de 11 mm de e diamètre à 32 mm; la 3e rangée de trous de 15 nm de diamètre à 60 mm; 4e rangée de e la 4e rangée de trous de 22 mn de diamètre à 102 mm; et la Se rangée de trous de 30 mm de diamètre à 160 mm, toutes les distances étant comptées à partir de la sortie de la buse 8. Les centres des trous des rangées impaires sont respectivement sur cinq mêmes génératrices de la surface de révolution tandis que les centres des trous des rangées paires sont sur cinq autres génératrices de manière à obtenir une structure en quinconce. Bien entendu les trous 14 ne sont pas circulaires car ce sont des ouvertures dans une surface gauche. Le matériau de la paroi de la surface 12 peut être un matériau composite. Au besoin, pour ne pas abaisser la température de l'air au passage dans le c8ne, des résistances électriques alimentées convenablement peuvent être incorporées dans ce matériau. Dans un exemple de réalisation, construit suivant les dimensions mentionnées ci-dessus, le poids de lthumidificateur était de 2 kg alors que le poids des humidificateurs connus Jusqu'ici serait, dans les mêmes conditions de débit, au moins de 5 kg. A noter encore qu'à la sortie du diffuseur 5, les particules d'eau ont des dimensions microniques. On notera enfin que l'humidificateur suivant l'invention est entièrement statique. REVENDICATIONS 1) Humidificateur pour système de conditionnement d'air-compre- nant, dans la gaine (I) de circulation d'air chaud à humidifier, un atomiseur d'eau à ultrasons (2), caractérisé en ce que la sortie de l'atomiseur d'eau (2) émet les particules d'eau au voisinage immédiat du sommet d'une surface de révolution (12) ouverte vers l'aval, avec un sommet ayant sensiblement la forme d'une calotte de sphère, le centre dudit sommet étant percé pour le passage de l'atomiseur d'eau (2), et la surface de révolution (12) s'étendant jusqu'à la paroi de la gaine (1) et étant percée de trous (14) par lesquels passe l'air chaud. 2) Humidificateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la surface de révolution (12) est constituée par un calotte sphérique percée en son centre et prolongée par un tronc de cône. 3) Humidificateur suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le demi-angle au sommet du tronc de cône est de l'ordre de 150. 4) Humidificateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la génératrice de la surface de révolution (12) est une parabole percée au centre de son sommet. 5) Humidificateur suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la tangente à la parabole au point de rencontre (13) avec la gaine fait un angle de l'ordre de 150 avec l'axe (X-X) de la gaine. 6) Humidificateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la génératrice de la surface de révolution (12) est une branche d'hyperbole percée au centre de son sommet. 7) Humidificateur suivant la revendication 6, caractérisé en ce que chaque asymptote (H-H, H'-H') de l'hyperbole fait un angle de l'ordre de 150 avec l'axe (X-X)de la gaine. 8) Humidificateur suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'orifice prévu au sommet de la surface de révolution (12) est pourvu d'une buse d'entrée d'air (18) en forme de Venturi. 9) Humidificateur suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le plus petit diamètre de la buse (18) en forme de Venturi est égale à environ 0,2 fois le diamètre de la gaine. 10) Humidificateur suivant l'une des revendications 1 è 9, caractérisé en ce qu'il est prévu, dans la surface de révolution (12), une sonde de température (16) qui mesure la température humide du mélange d'air et de vapeur d'eau. 11) Humidificateur suivant l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il est prévu une seconde sonde de température (17) dans le courant d'air en amont de l'humidificateur et une troisième sonde de température (18) dans le courant d'air humidifié en aval de l'humidificateur.