Brevet FR2740540A1 — publié le 19970430

"Procédé pour déshumidifier l'air dans une enceinte confinée, et dispositifs de déshumidification correspondants" DESCRIPTION La présente invention concerne un procédé pour déshumidifier l'air dans une enceinte confinée. Elle vise également des dispositifs de déshumidification mettant en oeuvre ce procédé. Les salles de bain des habitations particulières sont très souvent utilisées comme lieu de séchage du linge. Or, ce sont généralement des espaces confinés avec des moyens d'aération modestes, dans lesquels le taux d'humidité devient très élevé, dépassant fréquemment plus de 90%. De telles conditions d'hygrométrie ne contribue pas à un séchage rapide du linge qui ne pourrait être réellement obtenu qu'avec un procédé efficace de déshumidification. On connaît déjà des déshumidificateurs d'air, notamment par le document FR2606900 qui divulgue un dispositif de régulation maintenant l'humidité de l'air juste en dessous des limites de condensation sur les surfaces froides et de suffocation, pour économiser l'énergie, notamment dans des piscines et bâtiments non chauffés. Ce dispositif, qui met en oeuvre des éléments thermoélectriques à effet Peltier, n'est cependant adapté pour une déshumidification d'enceintes ou de pièces chauffées. Par ailleurs, de nombreux équipements électriques et électroniques requièrent de plus en plus des armoires avec un niveau élevé d'étanchéité, principalement lorsqu'ils sont utilisés en extérieur. Dans ces enceintes étanches, les variations de températures, notamment entre le jour et la nuit, peuvent provoquer des phénomènes de condensation qui risquent d'être préjudiciables au bon fonctionnement et à la sécurité des composants. I1 est ainsi essentiel d'éviter tout risque de condensation à l'intérieur de l'enceinte, notamment sur les relais (risques de blocage en cas de gel) et sur les composants sensibles (risques de court-circuit). I1 existe déjà des radiateurs ou calorifères à semi-conducteurs pour armoire de commande, pour éviter la formation de condensation.On connaît ainsi des résistances chauffantes PTC combinées avec un ventilateur axial. Ces dispositifs présentent cependant l'inconvénient de présenter des températures de fonctionnement élevées, parfois supérieures aux normes de sécurité. Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé pour déshumidifier l'air dans une enceinte confinée, qui, d'une part1 soit plus efficace que les procédés actuels, notamment en vue d'être mis en oeuvre à des fins de séchage, et d'autre part, conduisent à des températures régulées acceptables à l'intérieur d'enceintes confinées, notamment des armoires électriques. Ce procédé pour déshumidifier l'air dans une enceinte confinée, comprend les étapes suivantes: - sur au moins une surface froide, un transfert de chaleur sensible avec refroidissement de l'air humide et un transfert de chaleur latente avec condensation de la vapeur d'eau contenue dans l'air humide, et - une évacuation de l'eau condensée. Suivant l'invention, le procédé comprend en outre, au sein de moyens d'échange comportant au moins une surface chaude maintenue à une température sensiblement supérieure à celle de la surface froide, une évacuation de chaleur sensible provenant de ladite surface chaude, la différence de température entre la surface chaude et la surface froide étant réalisée par effet thermoélectrique (effet Peltier). Ainsi, le procédé de déshumidification selon l'invention met avantageusement en oeuvre l'effet thermoélectrique qui permet, avec des équipements désormais très compacts et faciles à alimenter et à réguler, de maintenir une différence de température significative entre face froide et face chaude. Une application remarquable du procédé de déshumidification selon l'invention, à caractère grand public, est l'assèchement de l'air dans les salles de bain qui sont souvent utilisées pour le séchage du linge. Dans ce cas, le procédé selon l'invention comprend en outre une extraction forcée de l'air déshumidifié hors des moyens d'échange qui sont disposés au sein de l'enceinte confinée. Une autre application du procédé, à caractère industriel, concerne l'assèchement de l'air dans des enceintes, généralement des armoires, contenant des composants sensibles à l'humidité. Dans cette application, la surface chaude des moyens d'échange est située à l'extérieur de l'enceinte confinée, et en ce que l'eau condensée est évacuée par capillarité à l'extérieur de ladite enceinte confinée. Suivant un autre aspect de l'invention, il est proposé un déshumidificateur d'air dans une enceinte confinée, mettant en oeuvre le procédé selon l'invention, comprenant: - au moins une surface froide en contact avec de l'air humide, pour réaliser un transfert de chaleur sensible avec refroidissement dudit air humide, et un transfert de chaleur latente avec condensation de la vapeur d'eau contenu dans ledit air humide, - au moins une surface chaude maintenue à une température supérieure à celle de ladite surface froide, et - des moyens pour collecter l'eau condensée, caractérisé en ce qu'il comprend en outre: - des moyens d'échange pour évacuer la chaleur sensible provenant de ladite surface chaude et - des moyens thermoélectriques pour maintenir une différence de température prédéterminée entre la surface chaude et la surface froide. Lorsqu'il s'agit d'un déshumidificateur destiné à une pièce confinée telle qu'une salle de bains, ce déshumidificateur comprend alors en outre des moyens pour extraire de l'air déshumidifié hors des moyens d'échange. Dans une forme effective de réalisation, les moyens d'échange comprennent des orifices d'entrée pour recevoir l'air humide, et des orifices de sortie pour évacuer l'air déshumidifié, et les moyens de collecte sont agencés pour canaliser l'air humide refroidi après son contact avec la surface froide vers les orifices d'entrée des moyens d'échange. On peut prévoir que les moyens d'extraction soient disposés au niveau des orifices de sortie des moyens d'échange, ou bien au niveau des orifices d'entrée des moyens d'échange. De préférence, les moyens de collecte présentent des surfaces de collecte concues pour présenter un bas niveau de mouillabilité, favorisant la formation de gouttes. I1 en est de même pour les surfaces froides qui devraient également présenter un bas niveau de mouillabilité. Lorsqu'il s'agit d'un déshumidificateur destiné à prévenir la condensation au sein d'une armoire électrique, la surface chaude des moyens d'échange est disposée à l'extérieur de l'enceinte confinée, la surface froide est disposée à l'intérieur de l'enceinte confinée, les surfaces respectivement chaude et froide étant sensiblement en vis-à-vis de part et d'autre d'une paroi de l'enceinte confinée, et les moyens de collecte de l'eau comprennent des moyens capillaires reliant à travers ladite paroi la surface froide et la surface chaude pour évacuer de l'eau hors de l'enceinte confinée. Les moyens capillaires peuvent par exemple être réalisés avec des tresses métalliques. Des trous sont généralement ménagés dans la paroi pour recevoir les tresses métalliques au sein d'une gaine d'étanchéité. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs: - la figure 1A illustre un premier exemple de réalisation d'un déshumidificateur selon l'invention; - la figure 1B est une vue en coupe partielle du déshumidificateur représenté en figure lA; - la figure 2 représente un exemple de mise en oeuvre du déshumidificateur de la figure 1, pour l'assèchement de l'air dans un salle de bains; - la figure 3 illustre un second exemple de réalisation d'un déshumidificateur selon l'invention, pour prévenir la condensation dans une armoire électronique; - la figure 4 représente un mode de réalisation d'un passage d'une tresse de transfert à travers une paroi d'armoire; et - la figure 5 illustre une autre forme de réalisation d'un déshumidificateur pour une armoire électronique. On va maintenant décrire des exemples de réalisation d'un déshumidificateur selon l'invention, en même temps que le procédé de déshumidification mis en oeuvre dans ce dispositif, en référence aux figures précitées. Dans la description qui suit, des éléments semblables dans les différents exemples de réalisation présentent des références identiques. Dans un premier exemple de réalisation d'un déshumidificateur selon l'invention, illustré par les figures 1A et 1B, appliqué à la déshumidification d'une pièce confinée telle qu'une salle de bains, le déshumidificateur 1 selon l'invention comprend deux faces froides 2, 4 (au voisinage du point de rosée) et une face chaude 47 associée à un échangeur 7 présentant deux faces latérales 44, 45 respectivement en vis à vis des deux faces froides 2, 4, des cellules thermoélectriques 3, 5 étant insérées entre une face froide 2, 4 et une face latérale 44, 45 de l'échangeur 7. On peut par exemple utiliser un échangeur tel que celui décrit dans le document FR2682746 qui divulgue un échangeur de chaleur destiné aux dissipateurs thermiques à effet caloduc. Chaque cellule thermoélectriques 3, 5 comprend des semelles 17, 18; 15, 16 entre lesquelles sont disposés des ensembles d'éléments thermoélectriques alimentés par un dispositif d'alimentation en tension continue 100. L'échangeur 7 du déshumidificateur 1 est également pourvu, sur sa face supérieure, d'un ventilateur d'extraction 6 et, au niveau de sa face inférieure, d'un dispositif de collecte 13 de l'eau condensée. Ce dispositif de collecte 13 présente par exemple deux parois latérales inclinées 12, 14 sur les surfaces intérieures desquelles viennent se déposer des gouttes d'eau condensée, et un conduit d'évacuation 11. Ces surfaces intérieures doivent de préférence présenter un bas niveau de mouillabilité afin de privilégier l'évacuation en gouttes. Chaque cellule à effet Peltier est un assemblage d'éléments semi-conducteurs entre deux semelles conductrices de la chaleur. Au niveau de la face froide, la chaleur est absorbée par les électrons alors qu'ils passent d'un faible niveau d'énergie (éléments de type P) à un niveau d'énergie supérieur (éléments de type N). Au niveau de la face chaude, l'énergie est dégagée alors que les électrons passent d'un niveau d'énergie élevé à un niveau d'énergie plus faible. Une alimentation électrique fournit l'énergie nécessaire au mouvement des électrons à travers le système. La condensation de l'eau contenue dans l'air s'effectue au niveau de la face froide.Dans les dispositifs déshumidificateurs selon l'invention, les cellules à effet Peltier sont utilisées en refroidissement et condensation: la face froide est au contact de l'air humide, la face chaude est refroidie soit par l'air refroidi et asséché issu de la première face, soit par l'air extérieur à l'enceinte. Chaque cellule à effet Peltier est constituée d'éléments thermoélectriques de type N et de type P montés en alternance et reliés électriquement en série. A titre d'exemple, on a utilisé, pour réaliser un prototype d'un dispositif déshumidificateur selon l'invention, un ensemble de deux fois cinq cellules à effet Peltier, chaque cellule comprenant 71 paires d'éléments. On va maintenant décrire le fonctionnement du déshumidificateur 1 selon l'invention, en référence à la figure 1B. De l'air humide 8 entre en contact avec une face froide 4 munie de préférence d'ailettes 42 pour augmenter la surface d'échange. La base 43 de cette face froide 4 est en contact thermique intime avec une semelle conductrice froide 16 de la cellule thermoélectrique 5 dont l'autre semelle 15 est disposée contre une face latérale chaude 45 de l'échangeur 7. L'entrée en contact de l'air humide 8 avec la face froide 4 s'accompagne à la fois d'un transfert de chaleur sensible et d'un refroidissement de cet air et d'un transfert de chaleur latente avec condensation de la vapeur d'eau contenue dans l'air.A l'issue de ces deux transferts au contact de la face froide 4, l'air légèrement refroidi et partiellement asséché, mis en mouvement grâce au ventilateur 6 et canalisé par le dispositif de collecte 13, entre alors en contact avec la face chaude 47 de l'échangeur 7. I1 pénètre dans l'échangeur 7 par des orifices d'entrée 73 disposés sur la face inférieure de celui-ci, circule à l'intérieur de cet échangeur dans des conduits d'échange adaptés 70-72, et en sort par des orifices de sortie 74 ménagés sur la face supérieure, sous la forme d'un air asséché 10 à travers la turbine 19 du ventilateur 6. Au contact de la face chaude 47 de l'échangeur 7, il y a transfert de chaleur sensible et élévation de la température de l'air refroidi et asséché. Un déshumidificateur 1 tel que celui qui vient d'être décrit peut être avantageusement installé dans une salle de bains 20, comme l'illustre la figure 2. Le linge humide 23 mis à sécher sur un étendoir 21 placé dans la salle de bains 20, contribue à accroître considérablement le taux d'humidité de l'air. Le déshumidificateur d'air 1 selon l'invention, installé par exemple sur l'un des murs de la salle de bains, contribue à assécher l'air humide 8 et à délivrer un air sec et chaud 10, et produit de l'eau de condensation qui peut être évacuée par une canalisation 11 reliée à des équipements existants 22 dotés de moyens d'évacuation. Le procédé de déshumidification selon l'invention peut également être avantageusement mis en oeuvre au sein d'une enceinte électrique étanche 31, 51, comme l'illustrent les figures 3 à 5. Dans cette deuxième forme de réalisation, le déshumidificateur 30 est disposé sur une paroi latérale métallique 310 de l'enceinte 31 comprenant par exemple des cartes électroniques 41. Le déshumidificateur 30 comprend une face froide 32 disposée à l'intérieur de l'enceinte 31 et munie de préférence d'ailettes 320, une face chaude 34 disposée à l'extérieur de l'enceinte 31, et une cellule thermoélectrique 33 constituée de cellules thermoélectriques 40 et située entre le face chaude 34 et la paroi latérale 310 contre laquelle est plaquée la face froide 32.Des structures capillaires 35, réalisées par exemple sous la forme de tresses métalliques, relient la face froide 32 et la face chaude 34, pour transporter l'eau de condensation hors de l'enceinte 31. Cette eau de condensation, transportée par capillarité, est ensuite vaporisée au contact de la face chaude 34, à l'extérieur de l'enceinte 31. Les structures capillaires 35 sont de préférence logées au fond des ailettes 320, 340 des faces froide et chaude. Des trous 36, 37 sont ménagés dans la paroi latérale 310 pour permettre le passage des structures capillaires 35 entre l'intérieur et l'extérieur de l'enceinte 31. Au niveau de chaque trou 36, la structure capillaire 35 est de préférence placée dans une gaine de protection 37, comme l'illustre la figure 4. L'air humide 8 à l'intérieur de l'enceinte 31, en contact avec la face froide 32, subit un refroidissement avec transfert de chaleur sensible et une condensation avec transfert de chaleur latente, l'eau de condensation étant transportée par capillarité par les tresses 35 vers l'extérieur de l'enceinte où elle est vaporisée au contact de la face chaude 34. On peut également prévoir, pour un déshumidificateur 50 selon l'invention installé sur une paroi latérale 510 d'une enceinte 51, que la face froide 52 soit sensiblement plus petite que la face chaude extérieure 54 correspondante, comme l'illustre la figure 5. Dans cette configuration, la cellule thermoélectrique 53 présente de préférence une surface d'échange voisine de celle de la face froide 52. En plus des trous 56, 57 prévus dans la paroi latérale 510, des trous 56', 57' sont également ménagés dans la face chaude 54 du déshumidificateur. La cellule thermoélectrique 53 normalement alimentée par une source de tension continue maintient entre la face chaude et la face froide une différence de température constante. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, les déshumidificateurs d'air selon l'invention peuvent comprendre un nombre quelconque de faces d'échange. On peut utiliser d'autres types d'échangeur que celui mentionné dans la description. Par ailleurs, les dispositifs de collecte et d'évacuation et le ventilateur peuvent présenter d'autres formes et d'autres structures. REVENDICATIONS 1. Procédé pour déshumidifier l'air dans une enceinte confinée (20, 31), comprenant les étapes suivantes: - sur au moins une surface froide (2, 4; 32), un transfert de chaleur sensible avec refroidissement de l'air humide (8) et un transfert de chaleur latente avec condensation de la vapeur d'eau contenue dans l'air humide, et - une évacuation (11) de l'eau condensée (43), caractérisé en ce qu'il comprend en outre, au sein de moyens d'échange comportant au moins une surface chaude (44, 45; 34) maintenue à une température sensiblement supérieure à celle de la surface froide (32, 42), une évacuation de chaleur sensible provenant de ladite surface chaude, la différence de température entre la surface chaude (44, 45; 34) et la surface froide (32, 42) étant réalisée par effet thermoélectrique (effet Peltier). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une extraction forcée de l'air déshumidifié (10) hors des moyens d'échange (7) qui sont disposés au sein de l'enceinte confinée (20). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface chaude (34) des moyens d'échange (350) est située à l'extérieur de l'enceinte confinée (31), et en ce que l'eau condensée est évacuée par capillarité à l'extérieur de ladite enceinte confinée (31). 4. Déshumidificateur d'air (1, 30) dans une enceinte confinée (20, 31), mettant en oeuvre le procédé selon la revendication 1, comprenant: - au moins une surface froide (2, 4; 32) en contact avec de l'air humide (8), pour réaliser un transfert de chaleur sensible avec refroidissement dudit air humide, et un transfert de chaleur latente avec condensation de la vapeur d'eau contenu dans ledit air humide, - au moins une surface chaude (44, 45; 30) maintenue à une température supérieure à celle de ladite surface froide, et - des moyens (13, 35) pour collecter l'eau condensée (43), caractérisé en ce qu'il comprend en outre: - des moyens d'échange (7, 350) pour évacuer la chaleur sensible provenant de ladite surface chaude (44, 45; 30) et - des moyens thermoélectriques (3, 5; 53) pour maintenir une différence de température prédéterminée entre la surface chaude (47; 34) et la surface froide (2, 4; 32). 5. Déshumidificateur (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (6) pour extraire de l'air déshumidifié (10) hors des moyens d'échange (7). 6. Déshumidificateur (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens d'échange (7) comprennent des orifices d'entrée (73) pour recevoir l'air humide (9), et des orifices de sortie (74) pour évacuer l'air déshumidifié (10), et en ce que les moyens de collecte (13) sont agencés pour canaliser l'air refroidi et asséché (9) après son contact avec la surface froide (2, 4) vers les orifices d'entrée (73) des moyens d'échange (7). 7. Déshumidificateur (1) selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que les moyens d'extraction (6) sont disposés au niveau des orifices de sortie (74) des moyens d'échange (7). 8. Déshumidificateur selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que les moyens d'extraction sont disposés au niveau des orifices d'entrée des moyens d'échange. 9. Déshumidificateur (1) selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que les moyens de collecte (13) présentent des surfaces de collecte (12, 14) présentant un bas niveau de mouillabilité. 10. Déshumidificateur (1) selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte deux surfaces froides (2, 4) disposées de part et d'autre d'un échangeur (7) présentant une surface chaude (47), des éléments thermoélectriques (3, 5) étant disposés entre chaque surface froide (2, 4) et la surface chaude (47). 11. Déshumidificateur (30, 50) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la surface chaude (34, 54) des moyens d'échange (350, 550) est disposée à l'extérieur de l'enceinte confinée (31, 51), la surface froide (32, 52) est disposée à l'intérieur de l'enceinte confinée (31, 51), les surfaces respectivement chaude (34, 54) et froide (32, 52) étant sensiblement en vis-à-vis de part et d'autre d'une paroi (310, 510) de l'enceinte confinée (31, 51), et en ce que les moyens de collecte de l'eau comprennent des moyens capillaires (35, 55) reliant à travers ladite paroi (310, 510) la surface froide (34, 54) et la surface chaude (32, 52) pour évacuer de l'eau hors de l'enceinte confinée (31, 51). 12. Déshumidificateur (30, 50) selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens capillaires comprennent des tresses métalliques (35, 55). 13. Déshumidificateur (30, 50) selon la revendication 12, caractérisé en ce que des trous (36, 37; 56, 57) sont ménagés dans la paroi (310, 510) pour recevoir les tresses métalliques (35, 55) au sein de moyens d'étanchéité (310). 14. Déshumidificateur (1) selon l'une des revendications 4 à 10, appliqué à la déshumidification d'une pièce confinée (20), notamment une salle de bains. 15. Déshumidificateur (30) selon l'une des revendications 11 à 13, appliqué à la protection d'une enceinte confinée (31), notamment une armoire électrique, contre tout risque de condensation.