Brevet FR3058904A1 — publié le 20180525

La présente invention concerne le domaine des procédés et dispositifs de traitement d'air dans les cas où la formation de brouillard givrant est observée dans l'air en question et est gênante pour un appareil ou autre système en contact avec cet air. Et l'invention s'intéresse par exemple au cas des systèmes de refroidissement d'air utilisant un fluide cryogénique par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur à convection forcée et travaillant à des températures négatives, c'est le cas par exemple des enceintes climatiques et des camions frigorifiques. La présente invention vise notamment ici à atteindre deux objectifs : - Protéger l'échangeur à convection forcée des conséquences du brouillard givrant et notamment la formation d'un type de givre appelé dans la littérature « givre blanc » (« Soft Rime Ice » dans la littérature anglo- saxonne). - Extraire l'excédant d'humidité de l'enceinte refroidie par l'échangeur de chaleur, pour permettre d'espacer les cycles de dégivrages, voire de les supprimer. On rappellera que la littérature considère comme brouillard givrant une atmosphère dont la température est comprise entre 0°C et -40°C, saturée ou non en humidité, et chargée de microgouttelettes d'eau liquide en état de surfusion. Cet état permet aux gouttelettes de geler instantanément lorsqu'elles percutent un obstacle. Ce phénomène permet ainsi la formation de givre de type « givre blanc » sur les bords d'attaque d'objets soumis à un flux d'air (par exemple : grilles d'aspiration, pales de ventilateurs, bords d'ailettes des échangeurs). Ce phénomène peut encrasser et « étouffer » les échangeurs à convection forcée en quelques minutes, les rendant ainsi inefficaces. 3058904 2 Les installations existantes sont quasi-systématiquement équipées de grilles de protection sur la reprise d'air ou le soufflage des évaporateurs à convection forcée, grilles dont le principal usage est : - d'empêcher l'accès direct (manuel) aux pales des ventilateurs ; 5 - de protéger l'évaporateur contre l'introduction de grosses particules comme les feuilles ou les sacs plastiques ; - d'orienter le flux d'air ; - et dans certains cas de limiter le bruit. 10 Ces grilles ne posent pas de problèmes particuliers dans des conditions climatiques normales. En revanche en présence d'un brouillard givrant, elles givrent en quelques minutes, bloquant ainsi la circulation de l'air. Toujours à titre illustratif, l'invention peut être mise en oeuvre également 15 afin de protéger une turbine à gaz industrielle, ou encore afin de traiter l'air mis en oeuvre dans des procédés utilisant une injection directe d'air liquide. La figure 1 annexée va permettre de mieux expliciter et de mieux comprendre un des modes de réalisation de la solution de traitement proposée 20 selon la présente invention dans le cas du refroidissement de l'air d'un espace par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur à convection forcée (par exemple la chambre interne d'un camion frigorifique). On reconnait sur la figure les éléments suivants : - Une enceinte confinée (E) isolée thermiquement de l'extérieur ; 25 - Un échangeur à convection forcé (A) constitué d'un ventilateur (V) et d'un échangeur de chaleur (G) « fluide cryogénique - Air » ; - Un système de filtration (F) constitué d'un média filtrant défilant (D) ; et - Une enceinte isolée de chauffage et de séchage du média filtrant (M), adjacente au média filtrant défilant. 30 Ainsi en fonctionnement : L'air de l'enceinte est aspiré par le ventilateur V (reprise d'air R), puis forcé à traverser l'échangeur de chaleur (G). L'air subit 3058904 3 un refroidissement intense au contact des parois de l'échangeur (G) comme il est bien connu de l'homme du métier. Durant le refroidissement, une partie de l'humidité se condense « dans l'air » sous forme de micro- gouttelettes d'eau. L'air très froid est rejeté dans l'enceinte E (sortie S). L'écart de température 5 entre l'air soufflé et l'air de l'enceinte contraint de nouveau une partie de l'humidité contenue dans l'enceinte (E) à se condenser « dans l'air » sous forme de micro-gouttelettes, formant ainsi un épais brouillard qui devient givrant dès que la température devient négative. Le système de filtration (F) placé sur l'aspiration d'air de l'échangeur de 10 chaleur à convection forcé (A) capte les micro-gouttelettes d'eau contenues dans l'air. Celles-ci se solidifient au contact du média filtrant défilant (D) et sont fondues lors du passage du média filtrant dans l'enceinte de chauffage/séchage (M). L'eau liquide ainsi obtenue est alors extraite de l'enceinte par un écoulement gravitaire. 15 Expliquons plus en détails maintenant le système de filtration (F): le système est pour ce mode de réalisation composé d'un média filtrant défilant (D) traversant le flux d'air aspiré par l'échangeur à convection forcée (G). Le media filtrant est par exemple constitué d'une toile métallique (mais d'autres 20 matériaux peuvent être envisagés tels qu'un polymère) avec un fil très fin et un fort taux d'ouverture (supérieur à 50%). Celui-ci est tendu entre deux rouleaux motorisés (X). Leur mise en rotation permet de faire défiler la toile devant toute la section de passage de l'air aspiré (V) par l'échangeur à convection forcée (G). Lorsque le média filtrant (D) est traversé par du brouillard givrant, il se 25 charge en givre, le media est ensuite régénéré dans l'enceinte chauffée attenante (M). Le filtre fonctionne en continu lorsqu'il y a du brouillard givrant, dans les autres cas il peut être arrêté pour économiser de l'énergie. 30 La petite enceinte isolée de chauffage et de séchage du média filtrant (M) à donc pour rôle de dégivrer en continu le média filtrant défilant (D), de le « régénérer » en quelque sorte. Celui-ci y est d'abord soumis à un courant d'air 3058904 4 chaud afin de faire fondre le givre, puis il passe par un sécheur pour souffler les gouttes d'eaux restées sur le média filtrant. Il sort ensuite de la boite M pour être de nouveau exposé au brouillard givrant. Le maintien à une température positive de l'enceinte M peut être assuré 5 par exemple par des résistances électriques ou encore par un échangeur connecté au circuit de refroidissement d'un véhicule lorsque le système est embarqué. La figure 1 illustre un mode de réalisation où le système de filtration est 10 composé d'un média filtrant défilant mais d'autres mises en oeuvre sont possibles selon la présente invention et notamment la mise en oeuvre d'un disque rotatif, muni d'une zone de filtration où il se charge en givre, et d'une zone de régénération où il est dégivré, mode que nous allons mieux expliciter ci-dessous et à l'aide de la figure 2 annexée. 15 Le média filtrant se présente donc sous la forme d'un disque rotatif vertical 1, dont la surface 2 est traversée par l'air à traiter. Il est élaboré en une matière perméable à l'air et hydrophobe. Le dégivrage se fait ici par l'action d'un ruissellement d'eau tiède sur un rayon du disque filtrant (cascade 3). L'eau "mouille" ou fait fondre le givre lors 20 de son écoulement, ce qui entraîne le dégivrage du média filtrant. Et du fait que celui-ci est hydrophobe, le média ressort parfaitement sec de la cascade. La référence 4 désigne un cache de confinement de la zone de ruissellement. L'eau est ensuite collectée par un bac 5 situé en contrebas du disque, 25 elle y est réchauffée par un système quelconque, puis pompée (6) pour être de nouveau envoyée au centre du disque. La référence 7 désigne le trop plein. On le voit donc ce système se caractérise par le fait qu'il met en oeuvre 30 peu de pièces en mouvement, il n'y a pas de friction sur le média filtrant, le système présente une grande simplicité mécanique, et il ne nécessite ici aucune enceinte de chauffage, et autres résistances de chauffe ou 3058904 5 ventilateurs de séchage, ce qui est un avantage certain en termes d'économies d'énergie. L'utilisation de l'eau directement sur le givre réduit les fuites de chaleur du système de dégivrage 5 On peut par ailleurs empiler plusieurs disques pour augmenter l'efficacité de filtration. L'invention concerne alors un procédé de traitement d'air, visant à éliminer de cet air un brouillard givrant, brouillard givrant dont la présence est 10 gênante pour un appareil ou système en contact avec cet air, se caractérisant en ce que : - on met en contact l'air avec un média filtrant apte à capter les micro-gouttelettes d'eau contenues dans l'air considéré ; - on procède à la régénération du média filtrant pour dégivrer et sécher 15 ce média filtrant. Elle concerne également un système de refroidissement d'air utilisant un fluide cryogénique par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur (A) à convection forcée constitué d'un système de ventilation (V) et d'un échangeur 20 de chaleur (G) « fluide cryogénique / Air », système tel une enceinte (E) climatique ou un camion frigorifique muni d'une enceinte (E) de stockage des produits transportés, se caractérisant en ce qu'il comporte les éléments suivants : - Un système de filtration (F) placé sur l'aspiration d'air de l'échangeur 25 de chaleur à convection forcé (A), apte à capter les micro-gouttelettes d'eau contenues dans l'air aspiré ; - Une enceinte de chauffage et de séchage (M) du système de filtration (M), apte à dégivrer et sécher le système de filtration. 30 REVENDICATIONS1. Procédé de traitement d'air, visant à éliminer de cet air un brouillard givrant, brouillard givrant dont la présence est gênante pour un appareil ou système en contact avec cet air, se caractérisant en ce que : - on met en contact l'air avec un média filtrant (D, 1) apte à capter les micro-gouttelettes d'eau contenues dans l'air considéré ; - on procède à la régénération (M, 3) du média filtrant pour dégivrer et sécher ce média filtrant. 10 2. Procédé selon la revendication 1, se caractérisant en ce que l'air traité est issu de la reprise d'air d'un système de refroidissement d'air utilisant un fluide cryogénique par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur (A) à convection forcée, système de refroidissement tel une enceinte (E) climatique 15 ou un camion frigorifique muni d'une enceinte (E) de stockage des produits transportés, le média filtrant étant placé sur l'aspiration d'air (V) de l'échangeur de chaleur à convection forcé (A). 3. Procédé selon la revendication 1, se caractérisant en ce que l'air 20 traité est destiné à alimenter une turbine à gaz industrielle, ou encore est mis en oeuvre dans des procédés utilisant une injection directe d'air liquide. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, se caractérisant en ce que le média filtrant est constitué d'un média filtrant défilant 25 (D), traversant un flux de l'air à traiter, par exemple un flux d'air aspiré par un échangeur à convection forcée (G), le média filtrant défilant (D) étant par exemple constitué d'une toile métallique, et en ce que la régénération (M, 3) du média filtrant est effectuée dans une enceinte isolée de chauffage et de séchage du média filtrant (M). 30 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, se caractérisant en ce que le média filtrant est constitué d'un disque rotatif (1) dont la surface (2) 3058904 7 est traversée par l'air à traiter, disque élaboré en une matière perméable à l'air et hydrophobe, et qui est muni d'une zone de filtration où il se charge en givre, zone de filtration qui est régénérée par l'action d'un ruissellement d'eau tiède (3) sur le rayon du disque associé à ladite zone de filtration, l'eau tiède faisant 5 fondre le givre lors de son écoulement gravitaire, et étant ensuite collectée dans un bac (5) situé en contrebas du disque, bac où elle est réchauffée par un système de réchauffage, puis pompée (6) pour être de nouveau envoyée au centre du disque afin d'être réutilisée aux fins de régénération du disque. 6. Système de refroidissement d'air utilisant un fluide cryogénique par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur (A) à convection forcée constitué d'un système de ventilation (V) et d'un échangeur de chaleur (G) « fluide cryogénique / Air », système tel une enceinte (E) climatique ou un camion frigorifique muni d'une enceinte (E) de stockage des produits transportés, se caractérisant en ce qu'il comporte les éléments suivants : - Un système de filtration (F) placé sur l'aspiration d'air de l'échangeur de chaleur à convection forcé (A), apte à capter les micro-gouttelettes d'eau contenues dans l'air de l'enceinte aspiré par le système de ventilation (V); - Une enceinte de régénération (M) du système de filtration (M), apte à dégivrer et sécher le système de filtration.