Brevet FR2733035A1 — publié le 19961018

APPAREIL POUR LE RAFRAICHISSEMENT D'UN LOCAL AU SOL ET PLUS PARTICULIEREMENT JUSQU'A HAUTEUR D'HOMME La présente invention a pour objet un appareil permettant d'obtenir un rafraîchissement optimal d'un local au niveau du sol. Elle concerne plus particulièrement un appareil qui utilise des mâts d'humidification et qui permet de diffuser un air refroidi, à basse vitesse, depuis le sol et jusqu'à hauteur d'homme. Cet appareil trouve notamment son application dans la climatisation de locaux présentant un volume important, du type locaux industriels, ateliers, etc Pour abaisser la température d'un local, il est connu d'envoyer à l'intérieur du local l'air extérieur après l'avoir fait passer à travers des mâts d'humidification, qui sont des parois poreuses alimentées en eau. Lors du passage de l'air à travers les mâts d'humidification, une partie de l'eau de ces mâts s'évapore au contact de l'air en lui prélevant la chaleur nécessaire, ce qui abaisse son niveau calorique. Cet air humidifié et rafraîchi est continuellement distribué dans le local, en sorte de maintenir la température ambiante au niveau requis. Pour réaliser le refroidissement et la diffusion de l'air extérieur à l'intérieur d'un local, il est à ce jour connu d'utiliser des appareils qui sont constitués d'une enceinte équipée sur toute sa périphérie de mâts d'humidification. Cette enceinte est fixée au plafond du local et est raccordée à une canalisation ou cheminée, débouchant à l'extérieur du local. Dans la partie supérieure de cette enceinte est en outre monté un ventilateur qui a pour fonction d'aspirer l'air extérieur et de le refouler dans l'enceinte en direction des mâts d'humidification. A sa sortie des mâts d'humidification, I'air refroidi est directement distribué dans le local dans toutes les directions. L'appareil de rafraîchissement de l'air qui vient d'être décrit succinctement présente l'avantage de pouvoir être facilement implanté dans un local, sans nécessiter d'infra-structure lourde, si ce n'est la présence d'une cheminée ou d'un conduit pour son raccordement à l'extérieur. Cependant son utilisation présente les principaux inconvénients qui vont à présent être évoqués. Dans les appareils précités, la vitesse de diffusion de l'air correspond à la vitesse de passage de l'air à travers les mâts d'humidification, et est fonction du débit du ventilateur et de la surface des mâts d'humidification. Pour un débit d'air donné, plus la surface des mâts d'humidification est faible, et plus la vitesse de diffusion de l'air est importante. En théorie, il serait possible d'utiliser des mâts d'humidification présentant une surface suffisamment importante pour que la vitesse de diffusion de l'air soit réalisée à basse vitesse c'est-à-dire à des vitesses inférieures à lm/s. En pratique, pour des raisons de coûts, et compte-tenu des débits d'air requis, on est amené à utiliser des mâts d'humidification dont la dimension est telle que la vitesse de diffusion obtenue est nettement supérieure à lm/s.Pour cette raison, ces appareils ne sont pas placés à hauteur d'homme, mais sont en général fixés à au moins trois mètres du sol, ce qui permet d'éviter que le flux d'air produit vienne gêner les personnes se trouvant dans le local. Cependant, dans ce cas, la distance de l'appareil par rapport au sol entraîne une diminution de l'efficacité du rafraîchissement de l'air du local à hauteur d'homme, c'est-à-dire sur une hauteur au sol inférieur à deux mètres, I'air distribué par l'appareil se réchauffant au cours de sa descente. Au-delà d'une distance critique de l'appareil par rapport au sol, le rafraîchissement de l'air du local à hauteur d'homme devient inopérant. Pour augmenter l'efficacité du rafraîchissement de l'air du local au niveau du sol, on est conduit à essayer de forcer l'air refroidi à atteindre le sol le plus rapidement possible. Ceci est principalement obtenu en augmentant la vitesse de passage de l'air à travers les mâts d'humidification.Une solution complémentaire consiste également à diriger les flux d'air refroidi vers le sol en réalisant des mâts d'humidification inclinés par rapport à la verticale. Or l'augmentation de la vitesse de passage de l'air à travers les mâts d'humidification est contradictoire avec un positionnement de l'appareil à proximité du sol, si l'on veut éviter que l'air produit ne vienne perturber les personnes se trouvant dans le local. En outre, plus on augmente cette vitesse de passage, et plus le rendement du mât d'humidification diminue, ce qui conduit à une diminution de l'efficacité du refroidissement de l'air lors de son passage à travers les mâts d'humidification. En conclusion, dans les appareils précités, la dimension des mâts d'humidification, la vitesse de diffusion de l'air et la distance par rapport au sol de l'appareil constituent trois contraintes contradictoires, et on est obligé d'essayer de trouver un compromis entre ces trois contraintes pour essayer de réaliser un refroidissement du local à hauteur d'homme qui soit satisfaisant, sans que l'air diffusé vienne gêner le personnel présent dans ce local. En pratique, ce compromis ne permet pas d'obtenir un rafraîchissement optimum du local à hauteur d'homme. Le but principal de l'invention est de proposer un appareil pour le rafraîchissement de l'air d'un local qui conserve l'avantage des appareils ci-dessus, mais qui en pallie les inconvénients constatés. Ce but est parfaitement atteint par l'appareil de l'invention, qui de manière connue comporte une enceinte de rafraîchissement qui est équipée sur toute sa périphérie de mâts d'humidification. De manière caractéristique selon l'invention, L'appareil comprend une enceinte de diffusion de l'air qui est destinée à être positionnée au niveau du sol, et à l'intérieur de laquelle est placée l'enceinte de rafraîchissement, les deux enceintes étant séparées l'une de l'autre par un espace annulaire ; L'enceinte de rafraîchissement communique avec l'extérieur de l'enceinte de diffusion par l'intermédiaire d'un conduit de raccordement en vue de son alimentation forcée en air; L'enceinte de diffusion est constituée de deux parois supérieure et inférieure étanches et de parois latérales qui sont perméables à l'air sur toute leur hauteur, et qui sont conçues pour laisser passer à basse vitesse l'air refroidi issu de la périphérie de l'enceinte de rafraîchissement. Dans l'appareil de l'invention, la vitesse de diffusion de l'air refroidi dans le local où est placé l'appareil est fonction uniquement du débit de l'air à l'entrée de l'enceinte de rafraîchissement et de la surface totale des parois latérales de l'enceinte de diffusion. Cette vitesse peut donc avantageusement être fixée indépendamment du choix de la vitesse de passage de l'air à travers les mâts d'humidification, et par là-même du choix des mâts d'humidification de l'enceinte de rafraîchissement. Il conviendra seulement que l'espace annulaire entre les deux enceintes soit suffisant pour que l'air refroidi issu des mâts d'humidification de l'enceinte de rafraîchissement puisse se répartir sur toute la hauteur des parois latérales de l'enceinte de diffusion.En pratique, pour un débit d'air donné, la surface totale des parois latérales de l'enceinte de diffusion sera choisie en sorte d'obtenir une vitesse de diffusion inférieure à I m/s, et de préférence de l'ordre de 0,35m/s. Réciproquement, le choix de la surface des mâts d'humidification pourra être fait indépendamment de la vitesse recherchée de diffusion de l'air, et sera avantageusement effectué en sorte d'obtenir une vitesse de passage de l'air à travers chaque mât qui soit suffisamment faible pour obtenir un rendement satisfaisant du mât, mais suffisamment importante pour éviter un dimensionnement excessif et donc coûteux du mât d'humidification, sachant que pour un débit d'air donné cette vitesse est inversement proportionnelle à la surface d'un mât. Grâce à l'appareil de l'invention on réalise la diffusion à basse vitesse d'un flux d'air refroidi, et ce depuis le sol jusqu'à une hauteur au sol correspondant environ à la hauteur des parois latérales de l'enceinte de diffusion, tout en évitant un dimensionnement excessif et coûteux des mâts d'humification. De plus, étant donné que l'on réalise un rafraîchissement de l'air du local directement depuis le sol, L'appareil de l'invention peut s'adapter à tout type de local, et notamment à des locaux industriels présentant une hauteur de plafond importante, tout en conservant l'efficacité du rafraîchissement au niveau du sol. Enfin, les mâts d'humidification permettent avantageusement de créer une perte de charge sur le passage de l'air, ce qui contribue à une meilleure homogénéité de la répartition du débit de l'air sur toute la surface des parois latérales de l'enceinte de diffusion. Plus particulièrement, L'appareil étant destiné à effectuer le rafraîchissement d'un local depuis le sol jusqu'à hauteur d'homme, la hauteur des parois latérales de l'enceinte de diffusion sera d'environ deux mètres. Dans une variante préférée de réalisation, L'appareil comprend un ventilateur qui est logé dans l'enceinte de diffusion à l'intérieur du conduit de raccordement et dont la fonction est d'aspirer l'air à l'entrée du conduit de raccordement, et de le refouler à l'intérieur de l'enceinte de rafraîchissement. On réalise ainsi un appareil autonome, qu'il suffit de placer dan le local, par exemple au centre, et de raccorder à l'extérieur du local par l'intermédiaire d'une conduit d'amenée de l'air ou d'une cheminée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va à présent être donnée d'un mode préféré de réalisation, laquelle description est donnée à titre d'exemple non limitatif et en référence au dessin annexé sur lequel - la figure 1 est une vue schématique de l'intérieur d'un appareil de l'invention, qui intègre ses propres moyens de ventilation, qui est destiné à être mis en place sur le sol du local que l'on souhaite rafraîchir, et qui permet d'obtenir un rafraîchissement efficace du local depuis le sol jusqu' à hauteur d'homme, - et la figure 2 est une vue en coupe de l'appareil de la figure 1. L'appareil représenté à la figure 1 comporte une enceinte extérieure 1, dite enceinte de diffusion, à l'intérieur de laquelle est montée une enceinte de rafraîchissement 2 coaxiale, un espace annulaire 3 étant ménagé entre les deux enceintes. L'enceinte de diffusion 1 comporte des parois latérales verticales 4 et deux parois inférieure 5 et supérieure 6 qui sont étanches, et repose sur le sol par l'intermédiaire de pieds 7. Les parois latérales 4 ont une hauteur H d'environ 2 m, et sont perméables à l'air sur toute leur hauteur. La fonction de ces parois latérales 4 est d'assurer une diffusion homogène de l'air issu de l'enceinte de rafraîchissement 2, sur toute la hauteur de l'appareil, et avec une vitesse suffisamment faible pour que l'air diffusé ne vienne pas perturber le personnel se trouvant autour de l'appareil.Une structure particulière de ces parois latérales 4 sera détaillée ultérieurement. L'enceinte de rafraîchissement 2 repose sur la paroi inférieure 5 de l'enceinte 1, par l'intermédiaire de profilés de support 8. Cette enceinte de rafraîchissement 2 comporte des parois latérales verticales 13, une paroi de fond 9 étanche , et communique dans sa partie supérieure 10 avec un conduit de raccordement 11, qui traverse la paroi supérieure 6 de l'enceinte de diffusion 1. Ce conduit de raccordement 11 est destiné à être raccordé à une cheminée 12 qui est représentée en pointillés sur la figure 1, et qui débouche à l'extérieur du local à rafraîchir. Dans la variante préférée de réalisation illustrée à la figure 1, le conduit de raccordement 11 sert de logement à un ventilateur 17, qui permet d'aspirer l'air à l'extérieur du local par l'intermédiaire de la cheminée 12, et de le refouler à l'intérieur de la chambre de rafraîchissement 2. En outre, les parois 1 la du conduit de raccordement 11 sont insonorisées au moyen d'un matériau du type laine de verre. Le bruit du moteur du ventilateur 17 étant atténué, L'appareil de l'invention ne crée pas de nuisances sonores pour les personnes se trouvant dans le local où a été installé l'appareil. Chaque paroi latérale 13 de l'enceinte de rafraîchissement 2 consiste en une tôle perforée intérieure 14 contre laquelle est fixé un mât d'humidification par ailleurs bien connu. Si l'on se réfère à la figure 1, chaque mât d'humidification consiste en une cloison poreuse isba , qui est alimentée en eau dans sa partie supérieure par une rampe de pulvérisation 15~. La fonction de la tôle perforée 14 est d'assurer une répartition homogène du débit d'air refoulé par le ventilateur 17 à l'intérieur de la chambre de rafraîchissement 2, sur toute la surface de la cloison 15a du mât d'humidification correspondant.A cet effet, la dimension des perforations de la tôle 14, leur nombre ainsi que leur répartition sur toute la surface de la tôle 14 devront être judicieusement calculés par l'homme du métier. En cours de fonctionnement, le ventilateur 17 refoule à l'intérieur de la chambre de rafraîchissement 2 de l'air chaud provenant de l'extérieur du local où est installé l'appareil, avec un débit d'air donné. Cet air chaud traverse les parois latérales 13 de la chambre de rafraîchissement 2 avec une vitesse qui est proportionnelle au débit de l'air ventilé, et inversement proportionnelle à la surface des parois latérales 13. Cette vitesse de passage doit être suffisamment faible pour que le rendement des mâts d'humidification 15a, 15b soit satisfaisant, mais suffisamment importante pour éviter un dimensionnement excessif des parois 13. En effet, d'une part une dimension excessive des cloisons 15a entraînerait un surcoût inacceptable pour la commercialisation de l'appareil. D'autre part, étant donné que dans la variante préférée de réalisation, il est nécessaire de pouvoir loger le ventilateur 17 à l'intérieur du conduit de raccordement 11, c'est-à-dire à l'intérieur de la chambre de diffusion 1, la hauteur h des parois latérales 13 de la chambre de rafraîchissement 2 doit être suffisamment faible , comparativement à la hauteur H des parois latérales 4 de l'enceinte de diffusion 1, pour permettre le logement du ventilateur 17. Lors de son passage à travers les cloisons 15a des mâts d'humidification, I'air se charge en eau, ce qui permet d'abaisser sa température. En outre, la surface totale des parois latérales 13 est nettement supérieure à la surface de l'ouverture de la partie supérieure 10 de l'enceinte de rafraîchissement 2, par laquelle l'air chaud est introduit avec un débit donné. Par conséquent, ces parois latérales 13 exercent une pression dynamique plus importante sur l'air, qui subit de ce fait une perte de charge. La vitesse de passage de l'air à travers les parois 13 est donc plus faible que sa vitesse d'introduction dans la chambre de rafraîchissement 2. Cette perte de charge occasionnée par le passage de l'air à travers les parois latérales 13 de l'enceinte de rafraîchissement 2 contribue avantageusement à une meilleure répartition du débit de l'air sur toute la surface des parois latérales 4 de l'enceinte de diffusion 1. II convient ici de souligner que l'espace annulaire 3 entre les deux enceintes 1 et 2 doit être suffisamment important pour que cette répartition de l'air issu de l'enceinte de rafraîchissement 2 puisse s'opérer. Dans le but d'améliorer l'homogénéité de la diffusion de l'air sur toute la surface de l'appareil, chaque paroi latérale 4 de l'enceinte de diffusion 1 est constituée par deux tôles perforées 4g 4b juxtaposées. La tôle intérieure 4a a pour fonction d'améliorer la répartition du débit de l'air issu de l'enceinte de rafraîchissement 2, sur toute la surface de la tôle 4b et notamment sur toute la hauteur H de la paroi latérale 4. Il revient à l'homme du métier de choisir judicieusement la dimension, le nombre et la répartition des perforations de cette tôle intérieure 4a afin qu'elle remplisse au mieux cette fonction.La tôle perforée extérieure 4b a pour fonction de casser les jets d'air issus de la tôle intérieure 4a, et par là même d'obtenir une homogénéisation de la vitesse de l'air diffusé sur toute la surface de la paroi latérale 4. La vitesse de l'air diffusé en sortie de l'enceinte 1 est fonction uniquement du débit d'air à l'entrée de l'enceinte de rafraîchissement 12, et de la surface totale des parois latérales 4 de l'enceinte de diffusion 1. La hauteur H de ces parois latérales 4 étant fixée, il est aisé de calculer le volume de l'enceinte de diffusion 2 en sorte d'obtenir la faible vitesse de diffusion recherchée, et ce indépendamment du choix de l'enceinte de rafraîchissement 2, et notamment de la hauteur h des cloisons latérales 13 de cette enceinte. Les enceintes de diffusion 1 et de rafraîchissement 2 peuvent avoir des formes géométriques variées. On pourra par exemple concevoir un appareil selon l'invention dont l'enceinte de diffusion et/ou l'enceinte de rafraîchissement sont cylindriques. La figure 2 illustre un choix particulier pour la géométrie de ces deux enceintes, qui a été fait dans le but principalement de faciliter la fabrication des enceintes. Si l'on se réfère à la figure 2, les parois latérales 4 de l'enceinte de diffusion 1 forment un octogone régulier , les parois latérales 13 de l'enceinte de rafraîchissement 2 forment en section un carré, et l'enceinte de rafraîchissement est disposée à l'intérieur de l'enceinte de diffusion de telle sorte qu'une paroi latérale 13 soit en vis à vis de deux parois latérale 4 de l'enceinte de diffusion 1. Dans un exemple précis de réalisation donné à titre purement indicatif, la hauteur h et la largeur L de chaque paroi 13 de l'enceinte de rafraîchissement valaient respectivement 1m et 0,6m ; la hauteur H et la largeur 1 de chaque paroi 4 de l'enceinte de diffusion 1 valaient respectivement 1,905m et 0,373m , le diamètre D de l'enceinte de diffusion 1 valait 1,140m ; le débit de l'appareil était de 10000m3/h et la vitesse de diffusion de l'air en sortie de l'enceinte valait environ 0,35m/s. Les perforations des tôles 14 avaient un diamètre de 4mm, étant pratiquées de manière homogène sur toute la surface de la tôle , et représentaient en surface ouverte 16% de la surface totale de la tôle 14.Les perforations des tôles intérieure 4a avaient un diamètre de 4mm, étaient pratiquées de manière homogène sur toute la surface de la tôle 4a et représentaient en surface ouverte 5% de la surface totale de la tôle 4a. Les perforations des tôles extérieures 4k avaient un diamètre de 2mm, étaient pratiquées de manière homogène sur toute la surface de la tôle 4k, et représentaient en surface ouverte 30% de la surface totale de la tôle 4~. Les mâts d'humidification étaient des mâts commercialisés sous la référence " CELDEK 5090" et présentaient une épaisseur de 75mm. Leur rendement était de l'ordre de 82%. Dans l'appareil de l'invention, le fond de l'espace annulaire 3 peut avantageusement être utilisé comme réservoir d'eau, pour l'alimentation des rampes de pulvérisation 15b des mâts d'humidification. Dans la variante particulière de la figure 2, le fond de l'espace annulaire 3 entre les deux enceintes est divisé en quatre compartiments 3a 3k, 3c et 3d, par quatre cloisons 18, dont la fonction est de casser les vaguelettes qui pourraient se former à la surface de l'eau. Les cloisons 18 à la jonction des compartiments 3a 3k et 3c sont percées d'un orifice de communication 19 à proximité de la paroi de fond 5 de l'enceinte de diffusion 1.Le compartiment 3k est alimenté en eau par l'intermédiaire d'une électrovanne (non représentée), le remplissage des deux autres compartiments adjacents 3a et 3c se faisant par les ouvertures de communication 19. Il convient ici de souligner que le ventilateur 17 étant logé dans le conduit de raccordement 11, il se trouve à l'abri de l'ambiance humide de l'espace annulaire 3, et ne risque donc pas d'être détérioré par l'humidité. L'électrovanne qui régule l'alimentation en eau de l'espace annulaire 3 sera commandée en fonction du niveau d'eau détecté par un capteur placé à proximité du fond de l'enceinte de diffusion 1, en sorte de maintenir un niveau d'eau constant dans les trois compartiments 3a. 3b 3c Une pompe de relevage 20 est en outre placée dans l'un de ces compartiments faisant office de réservoirs d'eau, en l'occurrence le compartiment 3a et a pour fonction d'alimenter continuellement en eau les rampes de pulvérisation 15b des mâts d'humidification. L'appareil de l'invention qui vient d'être décrit en référence aux figure I et 2, présente l'avantage de pouvoir être très facilement installé dans un local, et ne nécessite pas la mise en place d'une infrastructure lourde au niveau du local. Il suffit en effet de prévoir dans le local une unique cheminée 12 permettant de faire communiquer le conduit de raccordement 11 avec l'extérieur du local, de posséder au niveau du local la puissance électrique nécessaire à l'alimentation du moteur du ventilateur 17 et de la pompe de relevage 20, et de disposer d'une arrivée d'eau pour l'alimentation des compartiments 3a 3b et 3c. REVENDICATIONS 1. Appareil pour le rafraîchissement d'un local au sol, du type comportant une enceinte de rafraîchissement (2) qui est équipée sur toute sa périphérie de mâts d'humidification (l5a, l5k), caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte de diffusion de l'air (1) qui est destinée à être positionnée au niveau du sol, et à l'intérieur de laquelle est placée l'enceinte de rafraîchissement (2), les deux enceintes étant séparées l'une de l'autre par un espace annulaire (3), en ce que l'enceinte de rafraîchissement (2) communique avec l'extérieur de l'enceinte de diffusion (2) par l'intermédiaire d'un conduit de raccordement (11) en vue de son alimentation forcée en air, et en ce que l'enceinte de diffusion (1) est constituée de deux parois supérieure (6) et inférieure (5) étanches et de parois latérales (4) qui sont perméables à l'air sur toute leur hauteur H, et qui sont conçues pour laisser passer à basse vitesse l'air refroidi issu de la périphérie de l'enceinte de rafraîchissement (2). 2. Appareil selon la revendication 1 pour le rafraîchissement d'un local à hauteur d'homme caractérisé en ce que la hauteur H des parois latérales (4) de l'enceinte de diffusion (1) vaut environ 2 mètres. 3. Appareil selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'il comprend un ventilateur (7) qui est logé dans l'enceinte de diffusion (1) à l'intérieur du conduit de raccordement (11) et dont la fonction est d'aspirer l'air à l'entrée du conduit de raccordement, et de le refouler à l'intérieur de l'enceinte de rafraîchissement (2). 4. Appareil selon la revendication 3 caractérisé en ce que les parois (lia) du conduit de raccordement (11) sont équipées d'un matériau insonorisant. 5. Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque mât d'humidification (l5a, 15k) est équipé d'une tôle intérieure perforée (14) dont la fonction est de répartir de façon homogène le débit de l'air à l'intérieur de l'enceinte de rafraîchissement (2) sur toute la surface du mât d'humidification. 6. Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque paroi latérale (4) de l'enceinte de diffusion (1) comporte deux tôles perforées (4a, 4b) juxtaposées, en ce que la tôle perforée intérieure (4a) a pour fonction de répartir le débit de l'air issu de l'enceinte de rafraîchissement (2) sur toute la surface de la tôle perforée extérieure (4b), et en ce que cette dernière a pour fonction de casser les jets d'air issus de la tôle intérieure (4a) en sorte d'obtenir en sortie de l'enceinte de diffusion des jets d'airs présentant des vitesses homogènes. 7. Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'enceinte de rafraîchissement (2) forme en section un carré, en ce que l'enceinte de diffusion (1) forme en section un octogone régulier, et en ce que chaque paroi latérale (13) de l'enceinte de rafraîchissement se trouve en vis à vis de deux parois latérales (4) de l'enceinte de diffusion. 8. Appareil selon les revendications 2 et 7 caractérisé en ce que la hauteur h et la largeur L des parois latérales (13) de l'enceinte de rafraîchissement (2) valent respectivement environ 1m et 0,6 m, en ce que la largeur I de chaque paroi latérale (4) de l'enceinte de diffusion (1) vaut environ 0,4m, et en ce que le diamètre D de cette enceinte est de l'ordre de 1,2m. 9. Appareil selon la revendication 1 ou 3 caractérisé en ce que le fond de l'espace annulaire (3) entre les deux enceintes de rafraîchissement et de diffusion fait office de réservoir d'eau, et sert de logement à une pompe de relevage (20) qui permet d'alimenter les mâts d'humidification (15a, 15k) avec l'eau contenue dans l'espace annulaire (3).