Brevet FR2671169A1 — publié le 19920703

La présente invention concerne un dispositif perfectionné pour le refroidissement de l'air par évaporation d'eau. On connaît les refroidisseurs évaporatifs qui utilisent, pour faire baisser la température de l'air, un élément de contact air/eau possédant une grande surface d'échange, cet élément étant imbibé d'eau et traversé par un courant d'air entraîné par un ventilateur. L'évaporation de l'eau provoque un refroidissement adiabatique de l'air. Ce type d'appareil est utilisé pour refroidir et humidifier l'air en milieu industriel ou domestique. Les appareils domestiques connus sont utilisés dans les habitations, les commerces, les bureaux. Ils sont composés essentiellement d'un réservoir d'eau, d'un échangeur air/eau, d'un système d'arrosage de l'échangeur, d'un ventilateur, d'un ensemble de commande et d'une série d'éléments de constructions, tels qu'un châssis ou un habillage. Certains de ces appareils sont mobiles et se branchent simplement sur une prise de courant. Toutefois, ils ne peuvent être utilisés dans certains lieux où un refroidissement de l'air serait pourtant très utile, qu'il s'agisse de lieux fixes ou de lieux mobiles tels que par exemple les véhicules automobiles, les caravanes, les tentes de camping. L'une des raisons en est que les dispositifs existants sont en général trop encombrants. Une autre raison est que la présence d'eau dans le refroidisseur placé dans un lieu mobile provoque souvent des éclaboussures ou des débordements qui peuvent affecter les circuits électriques. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en fournissant un dispositif de refroidissement d'air par évaporation d'eau qui fournit un excellent rendement de refroidissement sous un volume réduit et qui supprime les inconvénients liés aux projections d'eau. Le dispositif de refroidissement d'air par évaporation d'eau selon l'invention, comportant, dans au moins une enceinte, un échangeur, un réservoir d'eau, un système d'arrosage de l'échangeur, un ventilateur et un ensemble de commande, est caractérisé en ce que le réservoir est recouvert par un élément de protection constitué par un matériau poreux à cellules ouvertes et à faible densité apparente, de telle sorte que la face supérieure de l'élément de protection soit située au niveau de la surface de l'eau ou à un niveau supérieur, et que la face inférieure dudit élément de protection soit située à un niveau inférieur au niveau de l'eau dans le réservoir. Dans une variante particulièrement intéressante, le dispositif selon l'invention comporte une enceinte unique. Dans ce cas, il est particulièrement avantageux que la partie inférieure des échangeurs soit en contact avec l'élément de protection. Le réservoir muni d'un élément de protection, permet, outre le stockage et la récupération de l'eau excédentaire, la suppression des vagues lorsque le dispositif de refroidissement est installé dans un lieu mobile, et l'imbibation permanente de l'échangeur. L'imbibation par capillarité de l'échangeur est destinée à maintenir en permanence l'échangeur à l'état humide. Cette imbibation constante diminue ou élimine le temps de "stabilisation" nécessaire aux autres appareils de ce type avant que le système devienne efficace. En effet, dans les dispositifs de l'art antérieur, l'échangeur n'est pas en contact avec l'eau du réservoir. Lors de la mise en marche de l'appareil une pompe (ou tout autre système d'arrosage) commence à arroser l'échangeur (ou à mettre en contact l'échangeur avec l'eau) qui s'imbibe d'eau progressivement. Pendant tout ce temps, l'air chaud et sec entraîné par le ventilateur traverse une surface totalement ou partiellement sèche ; l'évaporation ne se produit pas, donc la fonction refroidissement n'est pas remplie. Ce n'est qu'au bout d'un certain laps de temps que l'échangeur s'imbibe d'eau et que le rendement nominal est atteint. Le matériau constituant l'élément de protection est un matériau poreux à cellules ouvertes. Ce matériau peut être choisi parmi les mousses de polyuréthanne, les éponges naturelles et synthétiques, les matériaux cellulaires à base de polyéthers, les toiles en polyester à grande maille, et les matériaux non-tissés à base de fibres synthétiques. L'échangeur est constitué par au moins une plaque comportant un ensemble de canaux d'une dimension déterminée, orientés selon des angles différents. Ces canaux sont destinés à être traversés par un courant d'air provoqué par un ventilateur. La disposition des canaux favorise à la fois une bonne imbibation en eau, la plaque étant arrosée, et procure une grande surface d'échange entre l'air traversant l'échangeur et l'eau que celui-ci contient. La surface totale d'échange est égale à la somme de la surface de la totalité des canaux qui traversent de part et d'autre l'élément de contact. I1 est à remarquer qu'en fonction des dimensions de la plaque, un nombre plus ou moins important de canaux sont "bouchés", ne participant pas, par conséquent, à la surface totale d'échange. De préférence, l'échangeur air/eau est constitué par plusieurs plaques sensiblement parallèles entre elles et placées en série perpendiculairement à la direction du flux d'air. Ce mode de réalisation permet d'obtenir une surface d'échange nettement supérieure à celle obtenue avec une plaque unique dont l'épaisseur serait égale à la somme des épaisseurs des plaques en série. Dans une variante préférée du dispositif selon l'invention, le système d'arrosage est constitué par - une enceinte fermée comportant deux parois obliques et une paroi inférieure horizontale, la paroi inférieure étant constituée par une grille sur laquelle repose un élément de diffusion de l'eau, - une conduite d'alimentation en eau dont la partie située à l'intérieur de l'enceinte fermée est percée de trous dont l'axe est orienté vers les parois obliques de l'enceinte, - une pompe amenant l'eau d'un réservoir vers la conduite. Dans la plupart des appareils similaires existants, le système d'arrosage est ouvert. I1 se présente souvent sous la forme d'un bac disposé au-dessus de l'élément d'échange. Des orifices sont pratiqués dans ce bac à travers lesquels, sous la pression d'une faible hauteur d'eau, l'eau s'écoule et arrose l'échangeur. Si l'appareil se trouve soumis à des contraintes anormales (par exemple, des secousses) il est possible que l'eau déborde du bac et dans certains cas, en fonction de la conception de l'appareil, des écoulements anormaux ou éventuellement des fuites peuvent se produire. La conception du système d'arrosage selon la présente invention permet d'éviter ces inconvénients. En outre, ce système permet un arrosage uniforme de l'échangeur, et un arrosage efficace même lorsque le dispositif de refroidissement se trouve en position inclinée. Le dispositif de refroidissement d'air selon l'invention comporte avantageusement un détecteur de niveau d'eau situé dans le réservoir d'eau. Ce détecteur indique le niveau d'eau en permanence, ou bien, il indique des niveaux extrêmes. Ce détecteur de niveau peut être couplé à un système commandant l'arrosage de l'échangeur. L'air à refroidir est envoyé à travers le dispositif à l'aide d'un ventilateur. Lorsque le dispositif de refroidissement d'air est destiné à refroidir l'air d'un véhicule automobile, il est particulièrement avantageux de relier l'entrée d'air du dispositif à la bouche d'aération du véhicule. Dans le cas ou le dispositif selon l'invention comporte deux enceintes, l'une contient le réservoir muni de l'élément de protection, et l'autre enceinte contient l'échangeur, le ventilateur, le système d'arrosage et un ensemble de commande, une pompe assurant le transfert de l'eau du réservoir vers le système d'arrosage par l'intermédiaire d'une conduite, une seconde conduite ramenant l'eau vers le réservoir. La présente invention sera expliquée plus en détails dans les exemples de réalisation décrits ci-après par référence aux figures jointes. La figure 1 représente un schéma d'ensemble d'un dispositif de refroidissement selon l'invention, vu en coupe latérale. La figure 2 représente une vue suivant la direction B, de la partie "réservoir" d'un dispositif selon l'invention. La figure 3 représente une vue latérale en coupe de la partie "système d'arrosage" d'un dispositif selon l'invention. La figure 4 représente un dispositif à deux enceintes vu de face. La figure 5 représente une vue en coupe suivant A-A de la figure 4. Conformément à la figure 1, un refroidisseur selon l'invention comporte une enceinte (8). Le fond de l'enceinte contient un réservoir (3) dans lequel est disposé un élément de protection (9). L'élément de protection (9) peut toucher le fond du réservoir (3) tel que représenté sur la figure 1 ; il peut aussi être surélevé tel que représenté sur la figure 2, laissant de l'eau libre (15) entre sa face inférieure et le fond du réservoir (3). Une batterie d'échangeurs (2) est placée sur l'élément de protection (9). Un système d'arrosage (5) est placé au-dessus de la batterie d'échangeurs (2). Une pompe (4) relie le réservoir (3) au système d'arrosage (5). Un filtre (6) est installé à l'ouverture d'entrée d'air. Un ventilateur (1) permet la circulation forcée de l'air. Une grille orientable (7) est placée sur l'ouverture de sortie d'air. Lors du fonctionnement, l'air à refroidir est aspiré de l'extérieur par le ventilateur (1) dans le sens fléché a, à travers le filtre (6) destiné à retenir les particules en suspension, notamment les poussières. Ensuite, l'air est envoyé dans le sens fléché k à travers la batterie d'échangeurs (2), puis l'air quitte l'enceinte dans le sens fléché c par la grille (7). Pendant ce temps, l'eau contenue dans le fond du réservoir (3) est aspirée par l'intermédiaire de la pompe (4) vers le système d'arrosage (5), à partir duquel elle se répand sur les échangeurs (2). L'élément de protection (9) remplit deux fonctions. Il est placé de telle sorte que sa face supérieure (10) soit située à un niveau supérieur à celui du niveau de l'eau dans le réservoir, ou au moins au même niveau que ce dernier. Par conséquent, il n'y a pas d'eau libre dans le réservoir au-dessus de l'élément de protection. Lorsque le dispositif est soumis à des secousses, il ne peut se former ni projections, ni vagues dans le dispositif. En outre, l'échangeur est simplement posé sur les éléments de protection (figure 1), ou bien, il s'insère partiellement dans les éléments de protection (9) (figure 2). Dans les deux cas, les échangeurs (2) constitués par un matériau hydrophile, sont en contact permanent avec l'eau qui imprègne l'élément de protection (9), et par conséquent ils sont imprégnés eux-mêmes en permanence. Ainsi, dès la remise en route du ventilateur après une période d'arrêt, l'air est humidifié et refroidi. La figure 3 illustre un mode de réalisation du système d'arrosage (5). Le système est situé au-dessus des échangeurs (2). I1 comporte, à sa partie inférieure, une grille (13) sur laquelle repose un élément de diffusion de l'eau (12). L'ensemble est couvert par un couvercle (20) comportant deux parois obliques. Un tube percé (11) pénètre dans l'ensemble fermé. La pompe (4) aspire l'eau du réservoir (3) à travers les tuyaux (14) et fournit de l'eau sous pression dans le tube (11). Les jets d'eau sortant par les trous du tube heurtent les parois de la boîte en créant une pluie qui asperge la surface de l'élément de diffusion (12) constitué d'un matériau poreux et hydrophile. Cet élément s'imbibe d'eau qui descend par gravité jusqu'à la grille (13) maintenue en contact avec l'élément (12) imbibé d'eau; des gouttelettes d'eau se forment dans tous les noeuds de la grille (13) qui, séparée par une très faible distance de l'échangeur (2) arrose ainsi, goutte à goutte cet échangeur. Au fur et à mesure que les gouttes formées touchent l'échangeur, lui-même composé d'un matériau hydrophile, l'eau se répand dans ce dernier en l'humidifiant. L'air traverse une grande surface d'échange humide et évapore l'eau qui s'y trouve. Parmi les facteurs dont dépend le rendement du système figure le degré d'humidification de la surface d'échange. En effet, une surface partiellement humide ou présentant des parties plus ou moins humides n'est active que dans ces portions humides. Une humidification uniforme et complète assure donc un rendement d'échange maximum. Dans le système d'arrosage de la présente invention, le nombre et l'orientation des trous pratiqués dans le tube (11) sont choisis de manière à obtenir une vitesse suffisante des jets d'eau et un nombre et des positions d'impact contre la paroi du couvercle (20) tels que l'arrosage de l'élément de diffusion (12) soit le plus uniforme possible. L'eau s'écoule à travers cet élément de diffusion par gravité, mais avance aussi par capillarité ce qui fait qu'en traversant l'élément (12) et en venant en contact avec la grille (13) l'eau est distribuée sur toute la surface de cette dernière. Les dimensions de la grille (13), qui peut être métallique, plastique, etc..., sont étudiées de façon à permettre un nombre maximum de noeuds pour une couverture optimale de la surface à arroser. Le fait de diffuser de l'eau sous pression dans le tube (11) fait que, même en position inclinée, l'eau arrose la surface totale de l'élément de diffusion (12). Les phénomènes physiques de gravité et de capillarité conjugués font que la distribution de l'eau à travers l'élément (12) et ensuite la grille (13) et l'échangeur (2) reste satisfaisante malgré l'angle d'inclinaison, dans certaines limites. Un dispositif à deux enceintes est représenté sur les figures 4 et 5. Une enceinte (16) à l'intérieur de laquelle se trouve un échangeur (5) est alimentée en eau à partir d'un réservoir (3) constitué par la deuxième enceinte à l'aide d'une pompe (4) par un tuyau d'alimentation (17). L'eau est répartie sur l'échangeur et son surplus regagne le réservoir par le tuyau (18). L'enceinte (16) peut être placée devant la bouche d'aération d'un véhicule, et fixée, par exemple à travers les ailettes de cette derniere, à l'aide des dispositifs de retenue (19). Le courant d'air créé par le déplacement du véhicule ou par son ventilateur traverse l'échangeur imbibé d'eau en pénétrant par la grille arrière (6) et ressort par la grille avant orientable (7). REVENDICATIONS 1. Dispositif de refroidissement d'air par évaporation d'eau, comportant, dans au moins une enceinte (8), un échangeur (2), un réservoir d'eau (3), un système d'arrosage de l'échangeur (5), un ventilateur (1) et un ensemble de commande, caractérisé en ce que le réservoir (3) est recouvert par un élément de protection (9) constitué par un matériau poreux à cellules ouvertes et à faible densité apparente, de telle sorte que la face supérieure de l'élément de protection soit située au niveau de la surface de l'eau ou à un niveau supérieur, et que la face inférieure dudit élément de protection soit située à un niveau inférieur au niveau de l'eau dans le réservoir (3). 2. Dispositif de refroidissement d'air selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une enceinte (8) unique. 3. Dispositif de refroidissement d'air selon la revendication 2, caractérisé en ce que la partie inférieure de l'échangeur (2) est en contact avec l'élément de protection (9). 4. Dispositif de refroidissement d'air selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte deux enceintes. 5. Dispositif de refroidissement d'air selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le matériau constituant l'élément de protection est choisi parmi les mousses de polyuréthanne, les éponges naturelles et synthétiques, les matériaux cellulaires à base de polyéthers, les toiles en polyester à grande maille, et les matériaux nontissés à base de fibres synthétiques. 6. Dispositif de refroidissement d'air selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'échangeur (5) est constitué par au moins une plaque d'un matériau comportant des canaux orientés selon différents angles. 7. Dispositif de refroidissement d'air selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'échangeur air/eau (5) est constitué par plusieurs plaques sensiblement parallèles entre elles et placées en série perpendiculairement à la direction du flux d'air. 8. Dispositif de refroidissement d'air selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le système d'arrosage (5) est constitué par - une enceinte fermée comportant deux parois obliques (20) et une paroi inférieure horizontale, la paroi inférieure étant constituée par une grille (13) sur laquelle repose un élément de diffusion de l'eau (12), - une conduite d'alimentation (14) en eau dont la partie (11) située à l'intérieur de l'enceinte fermée est percée de trous dont l'axe est orienté vers les parois obliques de l'enceinte, - une pompe (4) amenant l'eau du réservoir vers la conduite (14). 9. Dispositif de refroidissement d'air selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le réservoir (3) du dispositif est muni d'un détecteur de niveau. 10. Dispositif de refroidissement d'air selon la revendication 9, caractérisé en ce que le système d'arrosage (5) de l'échangeur (2) est commandé par le détecteur de niveau du réservoir. 11. Dispositif de refroidissement d'air selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'entrée d'air du dispositif est relié à la bouche d'aération d'un véhicule. 12. Dispositif de refroidissement d'air selon l'une quelconque des revendications 4 à 11, caractérisé en ce que l'une des enceintes constitue le réservoir (3) muni de l'élément de protection (9), et l'autre enceinte contient l'échangeur (2), le ventilateur (1), le système d'arrosage (5) et un ensemble de commande, une pompe (4) assurant le transfert de l'eau du réservoir vers le système d'arrosage par l'intermédiaire d'une conduite (17), une seconde conduite (18) ramenant l'eau vers le réservoir (3).