Brevet FR2850122A1 — publié le 20040723

La présente invention concerne un dispositif d'extraction de l'eau présente dans l'air par condensation de la vapeur d'eau lors du passage d'un flux d'air chaud sur une pluralité de plaques froides maintenues froides au moyen d'un échangeur de chaleur externe. De nombreux documents décrivent de tels dispositifs. Parmi ceux-ci, on peut citer WO-A-0188281, WOA-0116028, WO-A-0163059 et WO-A-0111152. Le document WO10 A-0163059 décrit une fontaine d'eau de bureau dépourvue d'entrée d'eau, et le document EP-A-1142835 décrit une telle source d'eau pure pour un réfrigérateur domestique. Le document FR-A-2 528 321 décrit un tel dispositif permettant de détecter une éventuelle pollution radioactive 15 de l'air au voisinage d'une centrale électrique nucléaire. La présente invention se situe dans ce contexte et a pour but l'obtention de grandes quantités d'eau pour la mise en valeur et le développement des zones o il n'y 20 a ni source d'eau ni puits pour l'alimentation des hommes et du bétail ou pour l'irrigation des terres cultivables, par exemple dans des zones semi-désertiques ou en montagne, ou encore dans toutes zones o l'eau est difficilement accessible. L'invention a également pour but de proposer un 5 moyen susceptible de pouvoir se substituer rapidement à un réseau de distribution d'eau potable en cas de destruction de'un tel réseau ou de grave pollution de l'eau prélevée dans des nappes phréatiques ou dans les rivières et/ou stockée dans des châteaux d'eau, de manière à faire face 10 efficacement aux besoins les plus urgents des populations concernées en attendant le retour à une situation normale ou à compléter efficacement un tel réseau en période d'étiage. Le moyen selon l'invention peut également équiper des paquebots ou navires accueillant un grand nombre de passagers. Le moyen selon l'invention peut également trouver 20 des applications militaires dans l'approvisionnement en eau potable de troupes en manoeuvre ou en opération dans des zones arides ou dans des régions o l'eau est contaminée. Le moyen selon 1'invention peut également trouver 25 des applications domestiques pour l'obtention d'une eau potable sans chlore ou pour une irrigation automatique d'un jardin privatif. Le principe de fonctionnement est toujours le 30 même, puisqu'il s'agit toujours de condenser la vapeur d'eau contenue dans l'air par contact de l'air sur des ailes froides, tout en évitant la formation de givre sur les ailes froides qui aurait pour effet de réduire le rendement de l'installation. L'invention permet de traiter un important volume d'air sans effet de soufflerie pour obtenir un volume important d'eau. L'invention concerne donc un dispositif d'extraction de l'eau présente dans l'air par condensation de la vapeur d'eau lors du passage d'un flux d'air chaud sur une pluralité de plaques froides maintenues froides au 10 moyen d'un échangeur de chaleur externe. Selon l'invention, les plaques froides sont disposées parallèlement entre elles dans une chambre de travail et forment un angle déterminé avec l'horizontale 15 pour favoriser la récolte de l'eau par simple gravité. Le flux d'air chaud d'entrée est admis sous pression dans une chambre d'entrée, d'o il est réparti pour circuler entre les plaques froides. Le flux d'air utilisé est ensuite extrait de la chambre de travail par dépression pour être 20 admis dans une chambre de sortie reliée à l'air libre. De façon avantageuse, le flux d'air chaud est réparti pour circuler entre les plaques froides au moyen d'une double paroi percée formant labyrinthe pour le flux 25 d'air et séparant la chambre d'entrée de la chambre de travail. De même, une paroi percée est disposée entre la chambre de travail et la chambre de sortie. De préférence, la chambre d'entrée est située en 30 regard de la partie la plus élevée des plaques froides, tandis que la chambre de sortie se situe en regard de la partie la plus basse des plaques froides. Pour augmenter la production d'eau, le dispositif pourra favorablement comporter deux chambres de travail respectivement disposées de part et d'autre de la chambre 5 d'entrée, une chambre de sortie étant associée à chacune des chambres de travail. Dans le même but, le flux d'air d'entrée pourra être réchauffé par un moyen de chauffage avant son 10 admission dans la chambre d'entrée. Pour augmenter le rendement du dispositif, on pourra également former un labyrinthe dans la chambre de sortie de manière à augmenter le temps de présence de l'air 15 chaud dans la chambre de travail. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description 20 qui suit des modes préférés de réalisation donnés à titre non limitatif et à laquelle une planche de dessins est annexée sur laquelle: La Figure 1 représente schématiquement en coupe verticale un dispositif d'extraction conforme à l'invention 25 La Figure 2 représente schématiquement le dispositif d'extraction de la Figure 1, mais pourvu de deux chambres de travail; et La Figure 3 représente schématiquement vu de dessus le 30 dispositif d'extraction de la Figure 2. En référence maintenant aux dessins qui viennent d'être succinctement décrits, le dispositif d'extraction de l'eau présente dans l'air par condensation de la vapeur d'eau comporte essentiellement une chambre d'entrée d'un 5 flux d'air chaud 2, au moins une chambre de travail 4, 4', et une chambre de sortie 6, 6' associée à une chambre de travail 4, 4'. Le flux d'air chaud d'entrée est admis sous 10 pression dans une chambre d'entrée 2, par exemple au moyen d'un jeu de ventilateurs 8. Le flux d'air utilisé est ensuite extrait de la chambre de travail 4, 4' par dépression pour être admis 15 dans une chambre de sortie 6 reliée à l'air libre. La dépression est obtenue au moyen d'un extracteur 10, 10'. La chambre de travail 4, 4' enferme une pluralité de plaques froides 12, 12' disposées parallèlement entre 20 elles. Elles forment un angle déterminé avec l'horizontale pour favoriser la collecte de l'eau par simple gravité. Dans un mode de réalisation, cet angle déterminé était compris entre 20 et 300 environ. Bien évidemment, un angle plus important peut être prévu pour accélérer la collecte 25 de l'eau de condensation. Ces plaques froides sont, par exemple, réalisées au moyen de deux tôles planes ou ondulées superposées et séparées de 2 à 4 mm pour permettre la circulation d'un 30 fluide caloporteur gazeux ou liquide assurant le maintien des plaques froides à une température comprise entre 1 et 100C environ et, de préférence, entre 3 et 5WC, de manière à éviter la formation de givre et/ou de glace sur ces plaques. Dans un exemple de réalisation, les tôles 5 utilisées étaient des tôles galvanisées de fer blanc ou d'acier traitées contre la rouille, ces tôles présentant une épaisseur comprise entre 0,40 et 1,40 mm susceptibles d'être soudées électriquement ensemble pour assurer l'étanchéité du circuit du fluide caloporteur. Cependant, il est préférable d'utiliser des tôles en un matériau présentant un coefficient de conductivité thermique élevé, par exemple en cuivre, en bronze ou en aluminium. Pour favoriser la fabrication des plaques, il peut être souhaitable que chaque plaque soit constituée de deux ou trois sous-plaques identiques placées côte à côte et séparées pour assurer une bonne répartition de l'air de 20 bas en haut dans la chambre de travail, des petits conduits de cuivre reliant les sous-plaques ensemble pour assurer la circulation du fluide caloporteur. Le fluide caloporteur de réfrigération des 25 plaques froides 12 circule de façon conventionnelle en circuit fermé entre un échangeur de chaleur externe 22 incluant un compresseur approprié (Figure 3) et la partie intérieure de chaque plaque froide 12, par exemple au moyen d'une pompe de recirculation. Le fluide caloporteur peut, 30 par exemple, être constitué par de l'eau glycolée ou salée refroidie lors d'un passage dans un serpentin noyé dans une cuve de glace ou d'un liquide maintenu à une température inférieure à zéro. Selon un mode de réalisation alternatif, les 5 plaques froides sont réalisées au moyen de deux tôles ondulées disposées de manière à ce que les cannelures soient face à face, ce qui permet de déterminer une pluralité d'espaces o pourra être disposé un tube de cuivre dans lequel le fluide réfrigérant circule. Ceci 10 permet de réduire la quantité du fluide nécessaire au refroidissement et d'éviter les problèmes d'étanchéité entre les tôles adjacentes. L'espace laissé libre entre les tôles et le tube de cuivre pourra favorablement partiellement être empli de pailles de fer inoxydable, ou 15 d'un matériau inoxydable sensiblement identique à celui constituant les tôles, notamment pour former des bouchons de part et d'autre, et éventuellement assurer un contact thermique entre les tôles et le tube de cuivre. On pourra également et favorablement former des bouchons étanches aux extrémités pour éviter que l'air chaud circule entre les tôles adjacentes et vienne directement lécher le tube de cuivre. Les plaques froides 12, 12' sont chacune pourvues d'une gouttière 14, 14' amenant l'eau collectée vers un réservoir 16 au moyen d'un conduit conventionnel non représenté sur les Figures. Le flux d'air chaud admis sous pression dans la chambre d'entrée 2 est réparti pour circuler entre les plaques froides 12 au moyen d'une double paroi percée 18 formant labyrinthe pour le flux d'air et séparant la chambre d'entrée 2 de la dite chambre de travail 4, 4'. L'effet de soufflerie engendrant un risque d'assèchement de l'air est ainsi fortement réduit et le flux d'air est 5 sensiblement uniformément réparti entre les plaques froides 12, 12'. Pour améliorer cette répartition uniforme, il peut être souhaitable de prévoir deux entrées d'air chaud 10 opposées vers la chambre d'entrée 2, chacune étant pourvue d'un système de ventilateurs 8, 8', comme on peut le voir sur la Figure 3. De même, une paroi percée 20 est disposée entre 15 la chambre de travail 4, 4' et la chambre de sortie 6, 6', de manière à éviter de le flux d'air utilisé entraîne, sous l'effet de la dépression, des gouttelettes d'eau vers l'extérieur. Identiquement, pour améliorer la répartition uniforme du flux d'air, il peut être souhaitable de prévoir deux sorties de l'air utilisé opposées, chacune étant pourvue d'un système d'extracteurs 10, 10' ; 10", 10"', comme on peut le voir sur la Figure 3. 25 Sur la Figure 1, on a représenté schématiquement le dispositif de l'invention avec une seule chambre de travail 4, tandis que, sur la Figure 2, le dispositif de l'invention comporte deux chambres de travail 4, 4' 30 disposées symétriquement par rapport à l'axe vertical de la chambre d'entrée 2. De préférence, mais non nécessairement, la chambre de travail 4, 4' est calorifugée de manière à ce que les échanges thermiques soient exclusivement effectués entre le flux d'air chaud et les plaques froides 12, 12'. Sur la Figure 3, on a représenté schématiquement vu de dessus le dispositif de l'invention plus complètement. On comprendra qu'il est souhaitable que l'air chaud d'entrée ait une température comprise entre 40 et 500C environ. Bien évidemment, une température de l'air d'entrée sensiblement inférieure, par exemple comprise entre 20 et 400C, permettra quand même de collecter de 15 l'eau, mais avec un rendement inférieur. Ainsi, le flux d'air d'entrée est favorablement réchauffé par un moyen de chauffage avant son admission dans la chambre d'entrée 2. Le moyen de chauffage du flux 20 d'air d'entrée est choisi parmi une pluralité de résistances électriques (24 sur la Figure 1) disposées dans le chemin du flux d'air d'entrée et commandées par thermostat, le radiateur calorifère de l'échangeur de chaleur 22 fournissant les frigories requises aux plaques 25 froides 12, 12', un serpentin plongé dans la cuve d'eau chaude d'un chauffe-eau additionnel dont le flux d'air de sortie est mélangé à l'air ambiant, et la combinaison de ceux-ci. Sur la Figure 3, on a illustré le trajet du flux d'air traversant le radiateur calorifère de l'échangeur de chaleur 22 jusqu'à sa sortie 24 dans l'atmosphère. La chambre de sortie 6, 6' du flux d'air utilisé est, de préférence, reliée à l'air libre à sa sortie 24 à bonne distance de la zone de prélèvement de l'air chaud 5 d'entrée, de manière à éviter un recyclage dans le dispositif d'un air déjà déshumidifié. Il peut également être souhaitable de former un labyrinthe dans la chambre de sortie 6, 6', de manière à 10 augmenter le temps de présence de l'air chaud dans le dispositif et, ainsi, en améliorer le rendement. Le dispositif d'extraction de l'eau présente dans l'air conforme à l'invention peut facilement être disposé 15 dans un conteneur, de manière à le rendre compact et facilement déplaçable. Pour le rendre, en outre, autonome, il est souhaitable que l'énergie électrique requise pour son fonctionnement soit obtenue au moyen de panneaux solaires photovoltaques. Par contre, pour une utilisation 20 en zone urbaine o un réseau de distribution de l'énergie électrique existe de façon fiable, l'utilisation de panneaux solaires photovoltaques est, bien que souhaitable, non nécessaire. Le volume des différentes chambres est essentiellement fonction de la quantité d'air à traiter ou bien d'eau à obtenir. On peut ainsi prévoir un système familial, par exemple de forme cylindrique d'une hauteur inférieure à 2,70 m et d'un diamètre de 1,00 m environ. Un 30 système plus industriel peut être disposé dans un conteneur de dimensions conventionnelles. L'homme du métier aura compris tout l'intérêt du dispositif d'extraction de l'eau conforme à la présente invention. Outre son prix de revient peu élevé et son excellent rendement d'obtention d'une eau fraiche et 5 potable, ce dispositif peut également être adapté pour récupérer l'air de sortie nécessairement plus frais pour le conduire dans un circuit de climatisation d'un immeuble ou d'une maison. Il peut également être utilisé pour la conservation ou le refroidissement de boissons ou de 10 denrées alimentaires. Bien que l'on ait représenté et décrit ce que l'on considère actuellement être les modes de réalisation préférés de la présente invention, il est évident que 15 l'Homme de l'Art pourra y apporter différents changements et modifications sans sortir du cadre de la présente invention tel que défini ci-après. Notamment, dans les régions o l'hygrométrie de 20 l'air est très faible, il peut être favorable de placer le dispositif de l'invention en altitude o l'air est toujours plus chargée en vapeur d'eau. Le dispositif sera alors relié à un ballon atmosphérique stabilisé à l'altitude appropriée et l'eau récoltée sera amenée au sol par une 25 conduite souple. Ensuite, l'eau obtenue pourra être purifiée et filtrée par tout moyen additionnel approprié. Il pourra en être de même de l'air chaud introduit pour éviter le dépôt 30 de particules en sustentation dans l'air. * * R E V E N D I C A T I O N S 1 - Dispositif d'extraction de l'eau présente dans l'air par condensation de la vapeur d'eau lors du passage d'un flux d'air chaud sur une pluralité de plaques froides (12, 12') maintenues froides au moyen d'un échangeur de chaleur externe (22), caractérisé en ce que les dites plaques froides (12, 12') sont disposées parallèlement entre elles dans une chambre de travail (4, 4') et forment un angle déterminé avec l'horizontale pour 10 favoriser la récolte de l'eau par simple gravité, que le flux d'air chaud d'entrée est admis sous pression dans une chambre d'entrée (2), d'o il est réparti pour circuler entre les dites plaques froides (12, 12'), 15 et que le flux d'air utilisé est ensuite extrait de la dite chambre de travail (4, 4') par dépression pour être admis dans une chambre de sortie (6, 6') reliée à l'air libre. 2 - Dispositif d'extraction selon la revendication 1, caractérisé en ce que le flux d'air chaud est réparti pour circuler entre les dites plaques froides (12, 12') au moyen d'une double paroi percée (18) formant labyrinthe pour le dit flux d'air et séparant la dite 25 chambre d'entrée (2) de la dite chambre de travail (4, 41). 3 - Dispositif d'extraction selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une paroi percée (20, 20') est disposée entre la dite chambre de travail (4, 4') et la dite chambre de sortie (6, 6'). 4 - Dispositif d'extraction selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la dite chambre d'entrée (2) est située en regard de la partie la plus élevée des dites plaques froides (12, 12'), 10 tandis que la chambre de sortie se situe en regard de la partie la plus basse des dites plaques froides (12, 12'). - Dispositif d'extraction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en 15 ce que le dites plaques froides (12, 12') sont chacune pourvues d'une gouttière (14, 14') collectant l'eau de condensation et la dirigeant vers un réservoir (16). 6 - Dispositif d'extraction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la dite chambre de travail (4, 4') est calorifugée. 7 - Dispositif d'extraction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en 25 ce qu'il comporte deux chambres de travail (4, 4') respectivement disposées de part et d'autre de la dite chambre d'entrée (2), une chambre de sortie (6, 6') étant associée à chacune des chambres de travail (4, 41). 8 - Dispositif d'extraction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le flux d'air d'entrée est réchauffé par un moyen de chauffage avant son admission dans la dite chambre d'entrée (2). 9 - Dispositif d'extraction selon la revendication 8, caractérisé en ce que le dit moyen de chauffage du flux d'air d'entrée est choisi parmi une pluralité de résistances électriques disposées dans le chemin du flux d'air d'entrée, le radiateur calorifère de l'échangeur de chaleur (22) fournissant les frigories 10 requises aux dites plaques froides, un serpentin plongé dans la cuve d'eau chaude d'un chauffe-eau additionnel, et la combinaison de ceux-ci. - Dispositif d'extraction selon l'une 15 quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la dite chambre de sortie (6, 6') du flux d'air utilisé est reliée à l'air libre à distance (24) de la zone de prélèvement de l'air chaud d'entrée. 11 - Dispositif d'extraction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'énergie électrique requise pour le fonctionnement du dit dispositif est obtenue au moyen de panneaux solaires photovoltaques de manière à rendre autonome le 25 dit dispositif. * *