Brevet FR2761760A1 — publié le 19981009

Appareil de refroidissement de l'air chaud et sec compact et bon marché La présente invention concerne une gamme d'appareils destinés à améliorer le confort de personnes confinées dans des conditions pénibles de chaleur et de sécheresse ambiantes. Elle propose une solution simple et efficace, adaptée aux conditions d'utilisation diverses et au meilleur coût. Ces appareils sont proposés pour une large gamme d'applications avec des débits d'air frais allant de 10 à 100 mètres eubes/hture. 115 ne demandent aucun entretien particulier et consomment peu d'énergie (3 à 20 Wh en fonction du modèle). 115 se connectent sur une prise secteur, 220 ou 115 VAC, 50 ou 60 Hz, et dans des voitures sur l'allume-cigares (ou sur une prise amenagée). 115 peuvent aussi fonctionner sur une pile (pour les modèles à faible consommaton d'énergie), en toute autonomie, pour être emportés en voyage ou dans des endroits dépourvus de source d'électricité. ns sont lègers (0,6 à 1,2 ka) et peu encombrants. ns sont fiables, garantis 20 mille heures de fonctionnement. II existe dèja, dans ce domaine des projets brevetés, sans réalisation pratique, d'appareils d'humidification de l'air ou de "climatisation d'une pièce ou local" comprenant un ventilateur ainsi que moyenens d'apport d'eau incluant un réservoir d'eau disposé en aval dudit ventilateur, basés sur le principe de pulverisation de l'eau (brevet français NO 1.411.179), ou d'entainement de l'eau qui descend en masse sur les éléments allongés, placés dans un flux d'air rapide (rev. 1, ligne 15 du brevet français NO 2.546.614). Tous ces projets se caractérisent par un grand débit d'air et une consommation d'eau importante ( 2 L/h donné pour un appaeil selon le brevet NO 2.546.614) qui est projetée dans l'air et donne une sensation de fraicheur par l'arrosage; cela peut faire des dégats sans apporter une solution durable au probème de chaleur. Dans un espace confiné, l'air est vite saturé et n'absorbe plus de l'eau qui continue à être déversée en masse. Ces appareils sont destinés plutôt à humidifier l'air dans un espace ouvert, à condition d'éloigner de l'appareil les personnes et les objets qui n'aiment pas l'eau. La description du brevet NO 2.546.614 confirme cette thèse: "Par exemple, l'appareil de climatisation selon invention, pour un ventilateur de diamètre 250 mm et une puissance 40 W (débit 500 m & /h) permet de faire baisser la température d'une pièce de 15 à 20 comme suit: b) à Séville (400C, 38 % d'humidité) la température de soufflage est de 320C, la consommation d'eau est d'environ 2 I./h." Une analyse de ce résultat démontre: a) l'air atmosphérique à 400C et à 38% d'humidité contient dèja 22,6 g d'eau/mJ( l'air saturé à 100 % contient 59,6 g d'eau/n). A la température de soufflage de 320C, l'air est saturé avec 37,2 g d'eau/mJ, donc un apport supplémentaire maximum est de 13,6 g d'eau/m . Dans un espace de 40 m (env. 15 m de surface) la saturation est atteinte avec la consommation égale à: 40 mJ x 13,6 g/m= = 520 g d'eau., c'est à dire après un quart d'heure de fonctionnement. Après ça, l'eau continue à être projetée en l'air qui ne peut plus l'absorber et se déverse devant l'appareil. Au bout d'une heure de fonctionnement il y a des degâts. b) n y a une confusion totale entre les affirmations: (Appareil) "permet de faire chuter la température d'une pièce" et "la température de soufflage est de 320C" ce qui suggère que la température de la pièce a chuté de SOC. Or il n'y a aucune relation entre la température de soufflage à la sortie de l'appareil et la température dans un point quelconque eloigné de la pièce qui n'a pas varié. c) On voit bien la raison pour laquelle le ventilateur est placé en amont du réservoir et des éléments allongés (il travaille en surpression). C'est pour ne pas noyer le moteur par l'eau qui descend en masse sur lesdits éléments et se fait entraîner par un flux puissant. d) Le réservoir inférieur (26) de réception de l'eau s'écoulant par gravité par les éléments allongés (rev. 8, lignes 18, 19), exposé au vent, vue la quantité de l'eau qui descend, quelque soit sa capacité elle va déborder rapidement. On voit mal cet appareil installé dans' un vehicule qui bouge, comme il est stipulé dans la description (p. 7, ligne 11) e) "Les éléments allongés, réalisés en papier filtre ou en mousse" (rev. 5), " en feuilles, pliées en deux et sont passées autour d'un support sur deux de manière à avoir leurs extrémités libres, pendant vers le bas" (rev.9). Au prémier coup de vent du ventilateur, ces éléments vont se tordre en déversant l'eau qui s'écoule à l'extérieur de l'appareil et en obstruant le passage de l'air. n en découle que l'appareil de climatisation selon cette invention n'est pas réalisable. La présente invention a pour but d'améliorer le confort de personnes placées devant ces appareils en rafraîchissant et en humidifiant l'air soufflé pour le rendre respirable, dans un local ou dans une enceinte surchauffés, aérés, tout en évitant les inconveniants décrits précedemment. Elle se fixe un but plus modeste mais réaliste. Le concept est tatalement différent. La solution proposée se caractérise par: a) Un apport d'eau faible et réglable, adaptable aux conditions d'utilisation. Cet apport d'eau est régulé de façon qu'elle puisse humidifier en permanence les parois de la cartouche spéciale sans écoulement. II n'y a pas de réservoir de réception de l'eau s'écoulant par exces. En régulant l'arrivée d'eau on peut moduler la température de soufflage dans une certaine plage. En position de fermeture, l'appareil fonctionne comme un ventilateur ordinaire. Entre la position de fermeture et la position de débit maximum, il y a une plage de régulation pour s'adapter aux conditions ambiantes. b) Le fonctionnement est basé sur le principe d'absorption de la chaleur par l'évaporation de l'eau qui humidifie en permanence les parois de la cartouche spéciale placée dans flux d'air dépressionnaire, engendré par un ventilateur, lui-même placé en aval de la cartouche à la sortie de l'appareil. La réaction endothermique d'évaporation se produit à l'intérieur de l'appareil et non à l'exterieur, comme c'est le cas pour les appareils qui procèdent par pulverisation ou par l'entraînement de l'eau par un flux puissant. L'air traversant la cartouche perd de la chaleur et sort de l'appareil refroidi et humidifié. Le flux d'air dépressionnaire favorise l'absorption de l'eau et s'écoule sans turbulences. Comme ça a été dèja écrit, l'évaporation de l'eau est une réaction fortement endothermique. La chaleur latente d'évaporaton de l'eau, à la température des parois env. 200C, est de 592, 6 calJg. La chaleur spécifique de l'air, à la pression atmosphérique, est de 288 cal./mJx deg. La chaleur absorbée par l'évaporation d'un g. d'eau, permet donc de baisser la température d'un mètre cube d'air de 20C. Pour un débit d'air de 20 m3/h, et pour une consommation d'eau de 80 g/h, la différence de températures de l'air à l'entrée et à la sortie de l'appareil est donc de 80C. Si on place cet appareil dans les conditons cités à Séville(400C, 38 % d'humidité), pour un débit d'air de 20 n/h et une consommation d'eau modeste de 80 g/h, l'air transitant l'appareil se charge de 4 g d'eau par mètre cube et sort rafraîchi de 80C avec 11 % d'humidité supplémetaire, c'est à dire à 49 %. Compte tenu des conditions ambiantes de chaleur, on peut raisonnablement charger davantage, avec une consommation d'eau de l'ordre 120 à 150 g/h et faire baisser la température de soufflage de 12 à 15 OC, sans incommoder par l'humidité excessive les personnes installés devant cet appareil. Dans ce même local, aéré, on peut l'utiliser en continu sans crainte de l'accumulation excessive de l'humidité, qui va s'évacuer lentement et se stabiliser à un niveau acceptable, et améliorer durablement le confort des occupants. On obtient la même baisse de température de soufflage avec la consommation horaire de 80 g d'eau pour cet appareil qu'avec 2000 g pour l'autre, sans en subir les conséquences décrits précedemment, d'où l'intérêt du dosage du débit d'eau et du principe d'évaporation à l'intérieur de l'appareil, et non à l'exterieur, de l'eau dispersée par le procedé de pulverisation, ou par l'entraînement des goûttlettes dans un courant d'air puissant. Avec une autre version de l'appreil, plus puissante, comprenant en plus un module d'absorption d'humidité à l'entrée de l'appareil, ou avec d'autres moyens d'absorption d'humidité statiques (par ex. absorbeurs chimiques du commerce) disposés dans le local traité, on peut maintenir durablement dans ledit local ou une enceinte, confinés, les conditions de température et d'humidité de l'air à un niveau constant, agréable à vivre. Comme il a été dèja écrit, le fonctillnnement de cet appareil est basé sur le principe d'absorption de la chaleur de l'air transitant, par l'évaporation de l'eau à l'intérieur de celui-ci. L'air chaud et sec au contact avec les parois humides de la cartouche spéciale se charge d'humidité et perd de la chaleur. La quantité de frigories fournies par le système, dans un intervalle de temps, est fonction de la quantité d'eau transformée en vapeur pendant ce temps; cdleci étant fonction du débit et du degré d'humidité supplémentaire de I'air, par rapport à l'ambiante, acquis pendant son passage dans l'appareil. Ce degré d'humidité supplémentaire dépend de la température, de la sécheresse de l'air, et de la surface des parois humides exposée au contact du flux d'air dépressionaire, engendré par le ventilateur aspirant. Ledit ventilateur, plat à rotor externe avec des palles fixés directement sur le rotor, est placé dans un boitier, formant carter de l'appareil, en aval de la cartouche (aspirant), créant ainsi un flux d'air dépressionnaire, traversant la cartouche, qui favorise l'évaporation. La mise en oeuvre de ce principe consiste à exposer une grande surface humide et alimentée en permanence en eau au contact du flux d'air chaud tout en respectant la perte de charges autorisée par les spécifications du ventilateur utilisé. Dans un appareil de section 1201120 mm on peut déployer 1 à 3 m de parois (en fonction du modèle), celles-ci étant balayées par l'air sur ses deux faces, soit une surface de contact avec le flux de 2 à 6 m. Pour les appareils plus grands et puissants la surface déployée est en rapport avec le débit souhaité et avec les conditions d'utilisation. Le choix du ventilateur est défini aérodynamiquement par le débit d'air demandé pour une valeur de pression statique données 11 existe un vaste choix de ventilateurs industriels compacts et silencieux avec des débits et des pressions statiques divers, pour construire une gamme d'appreils adaptés aux conditions d'utilisation. Techniquement et commercial ement un appreil destiné à être utilisé dans un local vaste et dans des conditions extrêmes de température et de sécheresse ne peut pas être le même que celui utilisé dans une voiture ou une cabine dans un climat plus clément. Cela fait partie de la mise au point avant la sortie du catalogue des propositions commerciales. Sur le plan technique de réalisation c'est un appreil simple à fabriquer (voir fig. 1). Exterieurement c'est un boitier (1) en plastique en forme de la lettre U, formant carter de l'appareil, dans lequel est placée une cartouche spéciale (2), en amont du ventilateur (7), lui-même placé dans un logement adapté à sa forme dans le même boitier, et isolé phoniquement dudit boiter. Cette cartouche (2), amovible, est constipée des parois, de préference verticales et parallèles à l'axe de l'appareil, en bande de tissus (ou d'une autre matière) non tissé de préférence, (de coût moindre), hydrofuge et résistant L'eau qui mouille en permanence les parois exposés sur ses deux facs au contact du flux d'air chaud et sec se transforme en vapeur et pour ce faire elle absorbe la chaleur de l'air, qui sort rafraîchi, humidifié et débarrassé des impuretés, retenues par les parois humides. En cas d'excès momentanné du débit, l'eau ercidentaire est absorbée par une éponge (10) sur laquelle répose la cartouche, et ensuite elle est évacuée vers l'extérieur par un orifice (8) situé au fond du carter (1). t Le couvercle du boitier (1) est constitué d'une (ou plusieurs) réserve d'eau (3) companmentée sous forme d'une boite amovible, fixée sur le boitier (1), fermée hermétiquement vers l'extérieur par un couvercle (11), amovible lui aussi, et cette réserve peut être alimentée en permanence par un orifice (9) situé sur le couvercle, en cas de fonctionnement continu de l'appareil. La capacité de la réserve est prévue pour une autonomie de fonctionnement de 3 à 5 heures (soit 300-500g) Le fond du réservoir est muni d'un système de régulation (4) du débit de l'eau ainsi que de sa répartition sur les parois de la cartouche (2). Le réglage du débit de l'eau se fait par une manette (5) située sur la face avant de l'appareil. Ce système régulé d'alimentation permet une utilisation optimale de l'appareil, adaptée aux conditions de l'environnement de température et de sécheresse, très variables. Le débit de l'eau peut être adapté facilement à la consommation sans exces ni défaut. Les extrémités de l'appareil à l'entrée et à la sortie sont munies de grills de protection (6). La poussière et les particules de fumées suspendues dans l'air se déposent sur les parois humides de la cartouche. Par mesure d'hygiène il est donc recommandé de changer périodiquement la cartouche, si l'appareil est utilisé dans un environnement poussiéreux. Les marchés concernés par ees appareils sont surtout ces des regions à climat chaud et sec, mais aussi des regions à climat tempéré pendant les périodes estivales. Pour un prix modeste ces appareils permettent d'améliorer le confort et de diminuer la fatigue de personnes confinées dans des locaux ou dans des vehicules surchauffés. C'est un substitut de climatisation accessible à tous. n ne demande aucune installation particulière, il se fixe avec des ventouses (13), ou avec un support (12) élastique, isolé phoniquement de l'embase par des manchons en caoutchouc tendre (14). Revendications 1) Appareil de refroidissement de l'air chaud et sec, compact et bon marché, comprenant: - un boitier(l) formant carter de l'appareil et son couvercle, réserve d'eau (3); - un ventilateur à rotor externe (7) avec des palles fixées directement sur le rotor, qui aspire l'air chaud à travers la cartouche (2) - une cartouche spéciale (2), - un système de régulation du débit de l'eau (4) ainsi que de sa répartition sur les parois de la cartouche spéciale (2), caractérisé en ce que le fonctionnement dudit appareil est basé sur le principe d'absorption de la chaleur de l'air par la réaction endothermique d'évaporation, sans dispersion, à l'intérieur de l'appareil, de l'eau qui humidifie en permanence les parois de la cartouche spéciale (2), placée dans un flux d'air chaud, dépressionaire, engendré par le ventilateur (7). 2) Appareil de refroidissement de l'air selon la revendication 1., caractérisé en ce que l'apport de l'eau qui humidifie en permanence les parois de la cartouche spéciale (2) est régulé pour adapter la consommation de l'eau de chaque appareil aux conditions d'utilisation, sans exces, et moduler de cette façon la température de soufflage dans une certaine plage. 3) Appareil de refroidissement de l'air selon les revendications 1. et 2 ,.caractérisé en ce que la cartouche spéciale (2), avec des parois d'évaporation, de préférence verticales, en matiere hydrofuge résistante, de préférence en tissus non tissé, est placée dans un flux d'air chaud, dépressionnaire, en amont du ventilateur (7), dans le même boitier ( 1 ) que celui-ci. 4) Appareil de refroidissement de l'air selon l'une quelconque des revendications précedentes, caractérisé en ce que la cartouche spéciale (2), conçue comme une pièce spécifique, indépendente du réservoir (4), est amovible pour être changée périodiquement (par mesure d'hygiène) si l'appareil fonctionne dans un environnement poussiéreux ou enfumé. 5) Appareil de refroidissement de l'air selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ventilateur à rotor externe (7), avec des palles fixées directement sur le rotor, est placé dans un logement adapté à sa forme dans le même boitier (1) que la cartouche spéciale (2), en aval de celle-ci, et isolé phoniquement dudit boiter (1). 6) Appareil de refroidissement de l'air selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit appareil avec un débit d'air modéré et avec une consommation d'eau faible, permet de baisser la température de soufflage, par rapport à l'ambiante, dans une plage jusqu'à 15"C, en fonction des conditions ambiantes d'utilisation et du réglage de l'appareil, et d'améliorer considérablement le confort de personnes installées devant celui-ci, dans un local aéré, sans risques d'une accumulation excessive de l'humidité. 7) Appareil de refroidissement de l'air selon l'une quelconque des revendications précdentes, caractérisé en ce que ledit appareil, dans une version utilisant un ventilateur ayant une pression statique conséquente, associé à un module d'absorption d'humidité, placé à l'entrée de l'appareil, ou à d'autres moyens d'absorption statiques ( par ex. absorbeurs chimiques d'humidité du commerce) permet de maintenir les conditions de température et d'humidité dans un local ou une enceinte, confinés, à un niveau constant et agréable à vivre.