Brevet FR2795493A1 — publié le 20001229

DISPOSITIF EVAPORATEUR/CONDENSEUR La présente invention concerne un dispositif évaporateur/condenseur destiné à être utilisé dans un climatiseur (refroidisseur), et plus particulièrement un tel dispositif évaporateur/condenseur qui améliore de façon importante l'eflficacité de fonctionnement du climatiseur (refroidisseur). Les climatiseurs (refroidisseurs) sont énormément répandus dans de nombreux de pays en été pour conditionner l'air dans des immeubles, des locaux, des trains, des voitures, etc. Lorsqu'un climatiseur fonctionne, il consomme beaucoup d'énergie. Dans un climatiseur classique, un agent de refroidissement à l'état liquide est dirigé vers un évaporateur pour réaliser un échange de chaleur avec de l'air, l'air de refroidissement étant conduit dans l'espace intérieur d'un immeuble d'un local, d'un train ou d'une voiture. Après un processus d'échange de chaleur, l'agent de refroidissement à l'état liquide est transformé en un agent de refroidissement à l'état gazeux, l'agent de refroidissement à l'état gazeux étant alors comprimé au moyen d'un compresseur et pompé vers un condenseur où l'agent de refroidissement à l'état gazeux retourne à l'état liquide. D'autre part, les unités de condensation des climatiseurs classiques se répartissent en trois types, à savoir le type à refroidissement par air, le type à refroidissement par eau, et le type évaporateur. Un climatiseur de type à refroidissement par air met en oeuvre des courants d'air par convection pour dissiper la chaleur à partir de son unité de condensation. Une évacuation rapide de la chaleur nécessite une surface de contact avec l'air importante et de forts courants d'air. I1 s'ensuit qu'un climatiseur de type à refroidissement par air est encombrant, consomme beaucoup d'énergie, et est très bruyant en fonctionnement. Un climatiseur de type à refroidissement par elau utilise de l'eau de refroidissement pour évacuer la chaleur à partir de son unité de condensation. Toutefois, un climatiseur de type à refroidissement par eau est cher et consomme beaucoup d'eau de refroidissement. De plus, l'installation d'un réservoir d'eau élevé pour un climatiseur de type à refroidissement par eau est compliquée, et il peut être à l'origine du syndrome dit du légionnaire. Un climatiseur de type évaporateur dissipe la chaleur par évaporation d'eau (1 litre d'eau absorbe environ 539 calories lorsqu'il s'évapore). L'effet de dissipation de chaleur est nettement meilleur avec un climatiseur de type évaporateur qu'avec un climatiseur de type à refroidissement par air ou un climatiseur de type à refroidissement par eau. Toutefois, lorsqu'un climatiseur de type évaporateur est utilisé, un moyen de stockage d'eau est nécessaire pour recueillir l'eau résiduelle qui n'est pas évaporée dans le bloc évaporateur/condenseur du climatiseur. La présente invention a été réalisée en vue de concevoir un dispositif évaporateur/condenseur pour un climatiseur qui ne présente pas les inconvénients susmentionnés. Un objet de la présente invention a été de prévoir un dispositif évaporateur/condenseur qui permette à l'eau de refroidissement fournie d'être totalement évaporée, afin que la chaleur puisse être efficacement évacuée lors de son fonctionnement. Un autre objet de la présente invention a été de prévoir un dispositif évaporateur/condenseur qui soit compact, ait la totalité'de ses éléments intégrés, et puisse être facilement installé dans un climatiseur. Selon une caractéristique de la présente invention, le dispositif évaporateur/condenseur comprend un bloc évaporateur/condenseur pour condenser un agent de refroidissement de l'état gazeux à l'état liquide, le bloc évaporateur/ condenseur comportant une pluralité de serpentins de condensation et des moyens absorbants recouvrant les serpentins de condensation, un compresseur à faible rapport de compression commandé pour pomper l'agent de refroidissement à l'état gazeux dans le bloc évaporateur/condenseur, un système d'alimentation d'eau comportant une carte de commande PC et une vanne électromagnétique commandée par la carte de commande PC pour fournir de l'eau de refroidissement à partir de la source d'eau à la couche de matériau absorbant de chaque serpentin de condensation, et un ventilateur de condensation commandé pour établir des courants d'air à travers des intervalles dans les serpentins de condensation du bloc évaporateur/condenseur pour évacuer la chaleur à partir du bloc évaporateur/condenseur. Selon une autre caractéristique de la présente invention, les serpentins de condensation comprennent chacun un tube de serpentin métallique et une couche de matériau absorbant recouvrant la périphérie du tube de serpentin métallique, et le système d'alimentation d'eau comprend une pluralité de tubes de vaporisation d'eau et du matériau absorbant recouvrant les sorties d'eau des tubes de vaporisation d'eau pour permettre à l'eau de refroidissement fournie d'être uniformément et régulièrement répartie dàns le matériau absorbant sur les serpentins de condensation. Ces caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description suivante et les dessins joints, dans lesquels la figure 1 est une courbe état liquide/état gazeux obtenue avec l'agent de refroidissement R-22 ; la figure 2 est une vue éclatée d'un climatiseur conçu selon la présente invention ; la figure 3 est une vue en élévation du climatiseur représenté à la figure 2 ; la figure 4 est une en perspective d'un bloc évaporateur/condenseur selon la présente invention ; la figure 5 est une vue en perspective d'une variante du bloc évaporateur/condenseur selon la présente invention ; la figure 6 est une vue éclatée du bloc évaporateur/condenseur représenté à la figure 4 ; la figure 7 est une vue en perspective d'un serpentin de condensation selon la présente invention ; la figure 7a est une vue agrandie d'une partie de la figure 7 ; la figure 8 est un schéma représentant l'agencement des tubes de vaporisation d'eau, de la conduite d'alimentation d'eau et de la vanne électromagnétique du système d'alimentation d'eau selon la présente invention ; la figure 9 est un diagramme Mollier relatif au R-22, obtenu avec un bloc condenseur classique ; la figure 10 est un diagramme Mollier relatif au R-22, obtenu avec un bloc évaporateur/ condenseur selon la présente invention ; et la figure 11 est une vue en perspective d'une combinaison de dispositif condenseur selon la présente invention. La figure 1 est une courbe état liquide/état gazeux obtenue avec un agent de refroidissement R-22. Comme indiqué, l'agent de refroidissement peut facilement être condensé à faible pression de condensation en cas de basse température. Par exemple, à 45 C, la valeur théorique de la pression relative est d'environ 18 kg/ cm2 ; si la température chute à 30 C, la valeur théorique de la pression relative peut être considérablement réduite à 12,27 kg/ cm2. Par conséquent, en réduisant la pression de fonctionnement du compresseur du dispositif de condensation d'un système de conditionnement d'air ou de réfrigération, on peut économiser beaucoup de l'énergie (puissance en chevaux) d'alimentation du compresseur, afin d'améliorer le EER du système de conditionnement d'air ou de réfrigération. La présente invention est basée sur la règle selon laquelle la température de condensation est directement proportionnelle à la pression de condensation lors de l'échange d'un agent de refroidissement entre l'état liquide et l'état gazeux. Considérant les figures 2 et 3, elles représentent un compresseur à bas rapport de compression 10 qui fonctionne pour pomper un agent de refroidissement à l'état gazeux sous haute pression et à température élevée dans un bloc évaporateur/condenseur 20, pour le condenser à l'état liquide. Un système d'alimentation d'eau 40 est commandé par une carte de commande PC 404 pour fournir périodiquement de l'eau au bloc évaporateur/condenseur 20. Un ventilateur de condensation 60, qui comprend un moteur 604 et un bloc d'ailettes de ventilation 602, est commandé pour créer des courants d'air à travers des passages d'air dans le bloc évaporateur/condenseur 20, afin que la chaleur et l'humidité soient évacuées rapidement du bloc évaporateur/condenseur 20. La carte de commande PC 404 comprend un commutateur de sélection de pression d'eau pour sélectionner des niveaux de pression d'eau élevé, moyen, bas. La carte de commande PC 404 commande une vanne électromagnétique 402 du système d'alimentation d'eau 40, en provoquant l'ouverture et la fermeture de la vanne électromagnétique 402 en fonction du cycle de fonctionnement du compresseur 10, afin que suffisamment d'eau puisse être fournie au bloc évaporateur/condenseur 20 pour refroidir l'agent de refroidissement et le compresseur 10. Durant le fonctionnement du compresseur 10, l'eau fournie est évaporée avec la chaleur, et l'eau résiduelle, s'il y en a, est recueillie pour être réutilisée. La vanne électromagnétique 402 commande le passage d'eau entre la source d'eau, qui peut par exemple être une station de pompage, et la conduite d'alimentation d'eau, repérée en 412, du système d'alimentation d'eau 40. Le système d'alimentation d'eau 40 comprend en outre un commutateur manuel 406, qui est actionné pour fournir en continu de l'eau destinée au lavage de la machine, et une pluralité de tubes de vaporisation d'eau 408 respectivement .connectés `à la conduite d'alimentation d'eau 412 et installés dans le bloc évaporateur/condenseur 20. Considérant les figures 4 et 5, on voit que le bloc évaporateur/condenseur 20 peut avoir une forme rectiligne comme montré à la figure 4, ou courbe comme montré à la figure 5. Le bloc évaporateur/condenseur 20 comprend une pluralité de montures de support 206, une pluralité de serpentins de condensation indépendants 204 fixés aux montures de support 206 et arrangés parallèlement ou empilés pour faire circuler un agent de refroidissement, les serpentins de condensation 204 étant respectivement revêtus d'un matériau absorbant 202 (figure 6), et définissant entre leurs tronçons une pluralité de passages d'air 212, une pluralité de barrettes de serrage 208 respectivement fixées aux montures de support 206 par des vis pour fixer ensemble les serpentins de condensation 204 et les montures de support 206. De plus, les tubes de vaporisation d'eau 408 du système d'alimentation d'eau 40 (voir également la figure 2) sont respectivement fixés aux montures de support 206 à différents niveaux, et commandés pour vaporiser de l'eau sur les serpentins de condensation 204. Les tubes de vaporisation d'eau 408 sont respectivement revêtus avec un matériau absorbant 410, de telle sorte que l'eau vaporisée puisse être absorbée par le matériau absorbant 410, puis répartie uniformément et régulièrement sur les serpentins de condensation 204. Considérant les figures 7 et 7A, on voit que le serpentin de condensation 204 comprend un tube de serpentin métallique 210 et une bande de matériau absorbant 202 enroulée hélicoïdalement autour du tube de serpentin métallique 210. En variante, le matériau absorbant 202 peut être conditionné sous la forme d'un manchon et passé sur le serpentin de condensation 204. Le matériau absorbant 202 peut être réalisé avec une étoffe non tissée, du tissu, des fibres naturelles, des fibres synthétiques, des fibres recyclées, des fibres minérales, etc. La figure 8 représente des tubes de vaporisation d'eau 408 qui peuvent être des tubes ronds ou des tubes plats. Les sorties d'eau des tubes de vaporisation d'eau 408 peuvent être conçues avec une forme allongée étroite ou une forme circulaire. Chaque tube de vaporisation 408 a un diamètre qui diminue progressivement depuis la conduite d'alimentation d'eau 412 jusqu'à son autre extrémité, de telle sorte que l'eau de refroidissement puisse être uniformément répartie au bloc évaporateur/condenseur 20. Comme indiqué ci-dessus, le bloc évaporateur/condenseur 20 comprend une pluralité de serpentins de condensation 204, chaque serpentin de condensation 204 comprenant un tube de serpentin métalliques 210 revêtu avec une couche de matériau absorbant 202. Lorsque l'eau de refroidissement sort des tubes de vaporisation d'eau 408 du système d'alimentation d'eau 40, elle est absorbée par le matériau absorbant 202 du serpentin de condensation 20pour un échange de chaleur avec l'agent de refroidissement passant dans les tubes de serpentin métalliques 210 des serpentins de condensation 204, en permettant ainsi à la chaleur d'être évacuée rapidement par des courants d'air traversant les passages d'air 212 dans le bloc évaporateur/condenseur 20. Etant donné que la vanne électromagnétique 402 du système d'alimentation 40 est commandée par la carte de commande PC 404, la quantité d'eau de refroidissement fournie à partir du système d'alimentation d'eau 40 au bloc évaporateur/condenseur 20 peut être commandée approximativement égale à la quantité d'eau qui est évaporée durant le fonctionnement de la machine. La figure 9 représente 9 un diagramme de Mollier relatif au R-22, obtenu avec un bloc condenseur classique. La figure 10 représente un diagramme de Mollier relatif au R-22, obtenu avec un dispositif évaporateur/ condenseur selon la présente invention. A la figure 9, la température de l'agent de refroidissement à l'état gazeux à l'orifice d'entrée du bloc condenseur est d'environ 80 C, la température de l'agent de refroidissement à l'état liquide à l'orifice de sortie du bloc condenseur est d'environ 37 C, et la pression de condensation est d'environ 20 kg/cm2-a. A la figure 10, la température de l'agent de refroidissement à l'état gazeux à l'orifice d'entrée du dispositif évaporateur/condenseur est d'environ 60 C, la température de l'agent de refroidissement à l'état liquide à l'orifice de sortie du dispositif évaporateur/condenseur est d'environ 30 C, et la pression de condensation est d'environ 14 kg/ cmz-a (théoriquement, la pression de condensation si R-22 à 30 C est d'environ 12,27 kg/ cmz-a, voir figure 1). Du fait que le rapport de compression est considérablement réduit, la température de l'agent de refroidissement condensé peut être diminuée d'environ 7 C, le rendement étant donc amélioré d'environ 20%. Du fait que le rapport de compression est considérablement réduit, la consommation en énergie du compresseur 10 peut être réduite d'environ 25$, comparé à un bloc classique équivalent. Par conséquent, le dispositif évaporateur/condenseur de la présente invention permet de diminuer considérablement la consommation en énergie d'un climatiseur ou réfrigérateur, et d'améliorer considérablement sa valeur de EER (ou COP) d'environ 50%. D'après des tests faits avec le modèle RC870489 de chez Shuan-Shih Electric Engineers Taiwan à Air- conditionner Department of Hsu-Lin Laboratory of Taiwan Power Research and Test Center, la valeur de EER atteint 4,027 kcal/heure.W (COP 4,68). En comparaison avec des dispositifs classiques équivalents, l'économie de consommation d'énergie est d'environ 40%. Considérant la figure 11, on voit que le bloc évaporateur/condenseur 20 peut être fixé à un condenseur de refroidissement d'air classique 80 pour former une combinaison de dispositif condenseur. Le bloc 80 est avantageusement un bloc condenseur à ailettes radiantes de refroidissement par air. I1 convient de préciser que les dessins n'ont qu'une vocation illustrative, et qu'ils ne doivent pas être considérés comme limitant le champ de l'invention. REVENDICATIONS 1) Dispositif évaporateur/condenseur caractérisé en ce qu'il comprend un bloc évaporateur/condenseur (20) pour condenser un agent de refroidissement d'un état gazeux à un état liquide, ledit bloc @évaporateur/condenseur (20) comprenant une pluralité de serpentins de condensation (204) recouverts d'un moyen absorbant (202) ; un compresseur à faible rapport de compression (10) commandé pour pomper un agent de refroidissement à l'état gazeux dans ledit bloc évaporateur/condenseur (20) ; un système d'alimentation d'eau (40) comportant une carte de commande PC (404) et une vanne électromagnétique (402) commandée par ladite carte de commande PC (404) pour fournir de l'eau de refroidissement à partir d'une source d'eau à la couche de matériau absorbant (202) de chacun desdits serpentins de condensation (204) dudit bloc évaporateur/condenseur (20) ; et un ventilateur de condensation (60) comportant un moteur (604) et une unité d'ailettes de ventilation (602) entraînée par ledit moteur (604) pour créer des courants d'air dans des intervalles dans les serpentins de condensation (204) dudit bloc évaporateur/condenseur (20), qui évacuent la chaleur dudit bloc évaporateur/condenseur (20). 2) Dispositif évaporateur/condenseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite carte de commande PC (404) dudit système d'alimentation d'eau (40) comprend un commutateur de sélection pour des sélections de pression d'eau de niveau haut, moyen et bas, et commande le fonctionnement de ladite vanne électromagnétique (402) en fonction du cycle de fonctionnement dudit compresseur à bas rapport de compression (10), pour permettre à l'eau de refroidissement d'être fournie périodiquement audit bloc évaporateur/condenseur (20) d'une manière telle que le débit d'évaporation de l'eau dans ledit bloc évaporateur/condenseur (20) soit approximativement égal au volume fourni d'eau de refroidissement à partir dudit système d'alimentation d'eau (40). 3) Dispositif évaporateur/condenseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit système d'alimentation d'eau (40) comprend une conduite d'alimentation d'eau (412) ayant une extrémité d'entrée d'eau connectée à ladite vanne électromagnétique (402) et des extrémités de sortie d'eau, et une pluralité de tubes de vaporisation d'eau (408) respectivement connectés aux extrémités de sortie d'eau de ladite conduite d'alimentation d'eau (412) pour amener de l'eau de refroidissement auxdits serpentins de condensation (204), lesdits tubes de vaporisation d'eau (408) ayant chacun un diamètre diminuant progressivement à partir de ladite conduite d'alimentation d'eau (412), une pluralité de sorties d'eau respectivement orientées face auxdits tubes de condensation (204), et un matériau absorbant (410) prévu sur lesdites sorties d'eau. 4) Dispositif évaporateur/condenseur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit système d'alimentation d'eau (40) comprend en outre un commutateur manuel (406) actionné en vue d'une alimentation en continu dudit bloc évaporateur/condenseur (20). 5) Dispositif évaporateur/condenseur selon l'une des revendications 1 à 4; caractérisé en ce que ledit bloc évaporateur/condenseur (20) comprend au moins une monture de support (206), pour supporter lesdits serpentins de condensation (204), et au moins une barrette de serrage (208) fixée à ladite monture de support (206) pour maintenir en place lesdits serpentins de condensation (204). 6) Dispositif évaporateur/condenseur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un bloc condenseur de type à ailettes radiantes de refroidissement par air (80) fixé audit bloc évaporateur/condenseur (20). 7) Dispositif évaporateur /condenseur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits serpentins de condensation (204) comprennent chacun un tube de serpentin métallique (210) et une couche de matériau absorbant (202) recouvrant la périphérie dudit tube de serpentin métallique (210).