EP4302019A1 - Dispositif de climatisation a refroidissement indirect par evaporation - Google Patents

Dispositif de climatisation a refroidissement indirect par evaporation

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EP4302019A1
EP4302019A1 EP22708964.6A EP22708964A EP4302019A1 EP 4302019 A1 EP4302019 A1 EP 4302019A1 EP 22708964 A EP22708964 A EP 22708964A EP 4302019 A1 EP4302019 A1 EP 4302019A1
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EP
European Patent Office
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channel
wet
dry
air
plate
Prior art date
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Pending
Application number
EP22708964.6A
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German (de)
English (en)
Inventor
Stéphane LIPS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Caeli Energie
Original Assignee
Caeli Energie
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Caeli Energie filed Critical Caeli Energie
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Pending legal-status Critical Current

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    • F24F5/0035—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater cooling apparatus specially adapted for use in air-conditioning using evaporation
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    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F3/00—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
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    • F24F3/14—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification
    • F24F3/1411—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification by absorbing or adsorbing water, e.g. using an hygroscopic desiccant
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    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
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    • F28C—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA COME INTO DIRECT CONTACT WITHOUT CHEMICAL INTERACTION
    • F28C3/00—Other direct-contact heat-exchange apparatus
    • F28C3/06—Other direct-contact heat-exchange apparatus the heat-exchange media being a liquid and a gas or vapour
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D5/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, using the cooling effect of natural or forced evaporation
    • F28D5/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, using the cooling effect of natural or forced evaporation in which the evaporating medium flows in a continuous film or trickles freely over the conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28D1/03—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits
    • F28D1/0366—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits the conduits being formed by spaced plates with inserted elements
    • F28D1/0375—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits the conduits being formed by spaced plates with inserted elements the plates having lateral openings therein for circulation of the heat-exchange medium from one conduit to another
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    • F28D9/0062—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by spaced plates with inserted elements
    • F28D9/0075—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by spaced plates with inserted elements the plates having openings therein for circulation of the heat-exchange medium from one conduit to another

Definitions

  • Indirect evaporative cooling air coolers also referred to as indirect adiabatic dew point coolers, have been known for several decades.
  • Cooling is produced by air circulation in contact with a plate Pi, called a cooling plate, cooled by water evaporation.
  • the cooling plate has a dry face, in contact with which the air to be cooled flows, and a wet face, wet with water, the water being symbolized by circles in figure 1.
  • the dashed arrows represent the air cooled or in the process of cooling.
  • a first object of the invention is an air conditioning device with indirect cooling by evaporation, the device being intended to blow cooled air into a room, the device comprising:
  • each plate comprising a dry face opposite a wet face, the wet face of each plate being configured to be wetted by water, each plate being intended to be cooled under the effect water evaporation from the wet side;
  • the device being such that:
  • the plates are arranged so as to form an alternation between dry channels and wet channels, each dry channel being adjacent to a wet channel, two respectively adjacent dry and wet channels being connected by a fluidic junction;
  • each dry channel extends, along a longitudinal axis, between an air inlet, connected to the air intake, and a cold outlet, the cold outlet being intended for an evacuation of air cooled following the air flow in the dry channel;
  • each fluid junction connecting a dry channel and a wet channel is arranged at the level of the cold outlet of the dry channel or between the air inlet and the cold outlet of the dry channel;
  • each wet channel extends along the longitudinal axis, between the fluidic junction and a wet outlet, the wet outlet being intended for an evacuation of humidified air following the flow in the wet channel;
  • each dry channel comprises several air inlets, distributed along a lateral axis, perpendicular to the longitudinal axis and to the transverse axis.
  • distributed along the lateral axis is meant spatially distributed with respect to the lateral axis, without necessarily being aligned along the lateral axis.
  • several wet outlets and/or several air inlets are aligned along the lateral axis.
  • each plate comprises a first slot, the first slots of the plates extending around an evacuation axis, the evacuation axis being secant of each plate.
  • At least one sealed passage through a dry channel can be formed by at least one seal extending between two first slots formed in the plates delimiting said dry channel.
  • two plates delimiting a dry channel approach each other, at the level of their respective first lights, the sealed passage through the dry channel being formed by a contact between the two plates, around the first lights .
  • each plate comprises several first slots, distributed along the lateral axis, and optionally aligned along the lateral axis.
  • At least one dry channel, or each dry channel, extends between the air inlet and a fluidic junction, along a thermal length;
  • the distance, along the lateral axis, between two first adjacent slots provided on the same plate, is less than 50% of the thermal length or 40% of the thermal length or 30% of the thermal length.
  • thermal length is meant a distance between the air inlet and the fluidic junction, parallel to the longitudinal axis.
  • Each plate has a second slot, the second slots of the plates extending around an inlet axis, the inlet axis being secant to each plate;
  • At least one sealed passage through a wet channel is formed by at least one seal extending between two second slots formed in the plates delimiting said wet channel.
  • each plate delimiting a wet channel approach each other, at the level of their respective second slots, the sealed passage through the wet channel being formed by a contact between the two plates, around the second lights.
  • each plate comprises several second slots, distributed along the lateral axis, and optionally aligned along the lateral axis.
  • each dry channel extends, between the air inlet and a fluidic junction, along a thermal length
  • the distance, along the lateral axis, between two second adjacent slots provided on the same plate, is less than 50% of the thermal length or 40% of the thermal length or 30% of the thermal length.
  • the device comprises an auxiliary inlet, intended to admit air present in the room, the device being such that:
  • At least a third light is connected to the auxiliary inlet
  • each third lumen of a plate opens, in a dry channel, between a second lumen provided in the plate and the fluidic junction;
  • auxiliary air coming from the room to be cooled, can be admitted, from the third light, into each dry channel, successively through the sealed passages respectively provided, between two third lights, through each wet channel, a third light delimiting each dry channel forming an auxiliary air inlet in the dry channel.
  • Each plate extends, along the longitudinal axis, between two longitudinal ends;
  • each plate has a middle zone, located at equal distance between the two longitudinal ends;
  • the stack is symmetrical with respect to a median plane, parallel to the transverse axis and passing through the median zone of several plates.
  • each plate extends, along the longitudinal axis, between two longitudinal ends;
  • At least one dry channel extends, from an air inlet, towards two longitudinal ends, the air inlet being arranged between the longitudinal ends;
  • the dry channel comprises, between the air inlet and each longitudinal end, or at each longitudinal end, a fluidic junction with a wet channel;
  • the wet channel extends between each fluidic junction and a wet outlet, the wet outlet being arranged between the fluidic junctions.
  • the air inlet emerges in a middle zone of each plate, at an equal distance, or at a substantially equal distance, with respect to each longitudinal end.
  • each plate extends, along the longitudinal axis, between two longitudinal ends;
  • At least one dry channel extends between two air inlets and a cold outlet, the cold outlet being located between the air inlets of the dry channel;
  • a fluid junction is arranged between the dry channel and an adjacent wet channel of the dry channel, between the air inlets and the cold outlet;
  • At least one wet channel extends between the fluidic junction and two wet outlets, the fluidic junction being arranged between the two wet outlets.
  • the cold outlet can be arranged at the level of the middle zone of a plate delimiting the dry channel.
  • Each plate is formed from a material comprising a polymer.
  • the material comprising the polymer can extend from the dry face.
  • the thickness of each plate is less than 2 mm or 1 mm.
  • the width is at least 1.5 times greater than the thermal length.
  • the device extends, along the transverse axis, between two transverse ends, forming a height
  • each dry channel extends, between the air inlet and the fluidic junction, along a thermal length
  • Each wet face can be connected to a water supply by a fluidic or capillary connection.
  • Figure 1 shows a block diagram
  • Figure 2A shows a schematic three-dimensional view of a first embodiment of the invention.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view of the stack, according to the first embodiment, along a section plane A-A shown in FIG. 2C and in FIG. 2E.
  • FIG. 2C is a view of a dry side of the stack according to the first embodiment.
  • FIG. 2D is a sectional view of the stack, according to the first embodiment, along a section plane BB represented in FIG. 2C and in FIG. 2E.
  • FIG. 2E is a view of a wet side of the stack according to the first embodiment.
  • Figures 3A and 3B represent three-dimensional schematic views of a second embodiment of the invention.
  • FIG. 3C is a cross-sectional view of the stack, according to the second embodiment, along a section plane A-A represented in FIG. 3D and in FIG. 3F.
  • FIG. 3D is a view of a wet side of the stack according to the second embodiment.
  • FIG. 3F is a view of a dry face of the stack according to the second embodiment.
  • FIG. 4A is a sectional view of the stack, according to a third embodiment, along a section plane A-A shown in FIG. 4B and in FIG. 4D.
  • FIG. 4B is a view of a dry side of the stack according to the third embodiment.
  • FIG. 4C is a cross-sectional view of the stack, according to the third embodiment, along a section plane B-B represented in FIG. 4B and in FIG. 4D.
  • FIG. 4D is a view of a wet side of the stack according to the third embodiment.
  • Figures 5A and 5B show a possibility of obtaining a sealed wall through a channel, between two openings.
  • Figures 5C and 5D show another possibility of obtaining a sealed wall through a channel, between two openings.
  • FIGS. 2A to 2E represent an example of a device according to the first embodiment of the invention.
  • the device 1 comprises a stack of plates 10, the stack can comprise a few tens, or even hundreds of plates, for example between 30 and 1000 plates 10.
  • the plates 10 are arranged parallel to each other , perpendicular to a transverse axis Z.
  • Each plate 10 extends parallel to a plane Rcg.
  • Each plate extends, parallel to a longitudinal axis X, along a length l, and, parallel to a lateral axis Y, along a width L.
  • the stack extends, parallel to the transverse axis Z, along a height h. The height h depends on the number of plates.
  • the length l can be between 5 cm and 1 m, and preferably between 10 cm and 30 cm.
  • the length l is preferably:
  • width L for example at least 1.5 times less, or even at least 2 times less or at least 3 times less than the width L.
  • the height h for example at least 1.5 times less, or even at least 2 times less or at least 3 times less than the height h.
  • Two adjacent plates 10 are spaced apart, parallel to the Z axis, by a distance preferably less than 2 cm, or even less than 1 cm or 0.5 cm.
  • the spacing between two adjacent plates can advantageously be between 0.5 mm and 2 mm.
  • the spacing between two adjacent plates has been exaggerated in Figure 2A as well as in Figures 2B and 2D.
  • each plate is flat.
  • the plates may have undulations, or other type of structuring: ribs, fins.
  • the device 1 is intended to blow cooled air into a room.
  • the air to be cooled is sucked into the device by a ventilation system, not shown, through an inlet l in .
  • the ventilation system includes one or more fans.
  • the air to be cooled comes from outside the room, and/or from inside the room.
  • the air is admitted parallel to the longitudinal axis X, as represented in FIGS. 2A and 2C, in the form of arrows in solid lines.
  • each plate 10 has a wet side 10 w and a dry side 10 d .
  • the respectively dry and wet faces of the same plate are opposite, in the sense that they are spaced apart by the thickness of the plate.
  • the thickness of each plate, along the Z axis is as low as possible, taking into account the mechanical strength constraints.
  • the thickness depends on the material forming the plate. It is generally less than 1 cm, and advantageously less than 5 mm, or even 2 mm or 1 mm.
  • the thickness can be between 10 ⁇ m and 1 mm, or even between 10 ⁇ m and 500 ⁇ m.
  • the invention exploits the conduction of heat along the Z axis, through each plate 10.
  • a 10 w wet face is intended to be wetted with water as evenly as possible.
  • the water can be placed directly on the plate, or indirectly, the plate comprising, at the level of the wet face, a hydrophilic material soaked in water. It may for example be a material allowing pumping of water by capillarity, from a water supply.
  • the hydrophilic material may for example comprise cellulose or a hydrophilic polymer.
  • the wetting of a wet face can also be ensured by fluidic channels, arranged along the wet face, and allowing water to be pumped by capillarity, from the water supply.
  • the term plaque includes any capillary structure formed or deposited on the plaque.
  • the stack is such that the wet faces (respectively dry) of two consecutive plates face each other.
  • Two wet faces 10 w facing each other, and belonging to two adjacent plates, delimit a wet channel 20 w .
  • the channels, dry or wet, are delimited by two side uprights, not shown, extending along a plane XZ.
  • the side uprights are spaced from each other by the width L of each plate, along the lateral axis Y.
  • the stack is formed by alternating between dry channels 20 d and wet channels 20 w .
  • Each dry channel extends, along the longitudinal axis X, between an air inlet 20 djn and a cold outlet 20 d,O u t -
  • the cold outlet 20 d,O u t can be intended to be connected to a cooled air exhaust, configured to blow cooled air inside the room.
  • Figures 2C and 2E represent respectively a dry face 10 d and a wet face 10 w of the same plate 10.
  • Figures 2B and 2D show a section of the stack in an XZ plane passing through section lines AA and BB shown in Figures 2C and 2E.
  • FIGS. 2A to 2E as in the other figures annexed to the description, the arrows in solid lines, dashed lines and dotted lines respectively designate air to be cooled, air being cooled, and air warming up by becoming humidified. .
  • Each dry channel 20 d is connected to an adjacent wet channel 20 w by a fluidic junction 21.
  • Each wet channel 20 w extends, along the longitudinal axis X, between the fluidic junction 21 and a wet outlet 20 w, or t -
  • the fluidic junction 21 is arranged between the air inlet 20 d,i n and the cold outlet 20 d,O u t , or at the level of the cold outlet 20 d,O u t -
  • the fluidic junction 21 is advantageously closer to the cold outlet 20 d, O u t than to the air inlet 20 d, m
  • the fluidic junction 21 is arranged in the dry channel 20 d , upstream of the cold outlet 20 d, Out - or at the cold outlet.
  • the fluidic junction 21, coupled to the ventilation system, can be such that 50 to 75% of the air flow flows towards the cold outlet 20 d,Out , while 25% to 50% of the air flow goes flows through the fluidic junction, to the wet channel 20 w .
  • the air flow through each wet channel 20 w is in a direction opposite to the air flow in the dry channel adjacent to it. The device is thus configured to operate against the current.
  • the distance, according to the direction of air flow, in a dry channel 20 d , between an air inlet 20 dn and a fluidic junction 21, is between 5 cm and 1 m, preferably between 10 and 30cm.
  • the distance, in the direction of air flow, in a wet channel 20 w , between the fluidic junction 21 and the wet air outlet 20 w, o u t is between 5 cm and lm, from preferably between 10 and 30 cm.
  • Each plate 10 comprises first slots 11, extending around an evacuation axis parallel to the transverse axis Z.
  • the first slots 11 are preferably arranged close to the same longitudinal edge of each plate.
  • longitudinal edge or end
  • proximity is meant at a distance preferably less than 5 cm from an edge of the plate perpendicular to the longitudinal axis X.
  • the first slots 11 are made closer to the air inlet 20 d, in than the cold air outlet 20 d, Out -
  • each first lumen 11 can form a 20 w wet output, out of a 20 w wet channel.
  • a wet channel 20 w is in fluid communication with at least a first lumen 11.
  • Two first lumens 11, respectively formed on two adjacent plates, delimiting a same dry channel 20 d , and aligned along the evacuation axis, are connected to each other by a sealed wall 15, crossing the dry channel and forming a passage.
  • the watertight wall is tubular, around the evacuation axis.
  • the evacuation axis is an axis parallel to the Z axis.
  • 20 d are intended to evacuate the humid air flowing from each humid channel 20 w .
  • two tubular sealed passages 15 have been shown, forming a sealed passage through the dry channel 20 d .
  • Each tubular leaktight passage 15 passing through a dry channel 20d can be obtained by a leaktight seal, or by local protrusions made in the plates, as described later in connection with FIGS. 5A to 5D.
  • each wet channel 20 w can be evacuated through a first slot 11 opening into the wet channel, then flow, along the evacuation axis Z, alternately between each wet channel 20 w and each dry channel 2(3 ⁇ 4 up to a wet output of the device l 0 ut,w See figure 2B.
  • first slots 11 are distributed along an axis parallel, or substantially parallel, to the lateral axis Y.
  • substantially parallel is meant parallel within an angular tolerance, for example ⁇ 20° close.
  • the first lights 11 are distributed regularly parallel to the lateral axis Y.
  • Each first lumen has a section of a few cm 2 , for example between 0.5 cm 2 and 30 cm 2 , preferably between 1 cm 2 and 15 cm 2 . It is the same for the second lights and third lights described later. Each light can take an elongated shape, along the longitudinal axis X, for example rectangle, oblong or diamond.
  • the air to be cooled is admitted into the device by an inlet l. It flows in the dry channels 20 d , formed between the dry faces 10 d of adjacent plates, along the longitudinal axis X.
  • the plates 10 being cooled by evaporation, the air cools along the flow, according to the longitudinal axis X, by convection.
  • the absolute humidity of the air remains fixed, but its relative humidity increases, according to the principle of cooling adiabatic.
  • the device can be dimensioned so that the temperature of the air, at the cold outlet 20 d,O u t of each dry channel 20 d , is of the order of the dew temperature or substantially higher than the temperature of dew, within a few degrees.
  • each dry channel 20 d part of the cooled air is withdrawn at the level of the fluidic junction 21 to be admitted into the wet channel 20 w adjacent to the dry channel.
  • the 20 w wet channel is delimited by at least one 10 w wet plate, wetted with water.
  • the air admitted into the wet channel flows along the longitudinal axis, between the fluidic junction 21 and the wet outlet 20w , or t of the wet channel 20 w .
  • the air becomes humid, in contact with water wetting one wet face, or both wet faces, delimiting the wet channel.
  • the evaporation of the water, resulting from the passage of air in the wet channel 20 w causes the plate 10 to cool.
  • the device thus forms an evapo-exchanger: the vaporization of the water wetting a wet face of a plate cools the dry face of the plate, which allows cooling, by convection, of the air circulating in the adjacent dry channel.
  • the air temperature, at the cold outlet can be lower than 20°C.
  • an important aspect of the device 1 is based on the aspect ratio, that is to say on a ratio between the width L, along the lateral axis Y, and the length l, along the longitudinal axis X or on a ratio between the width L and the height h, along the transverse axis Z.
  • the thickness of each channel, along the transverse axis Z , or reduced preferably being less than 2 mm or less than 1 mm. Therefore, air flows in dry or wet channels experience a significant pressure drop.
  • the shape of the device 1 is optimized, so that the width L is greater than a length called the thermal length l th , according to which the heat exchange takes place between the air flowing in a wet channel 20 w and the air flowing in an adjacent dry channel 20 d .
  • the thermal length l th corresponds to the distance between the first lumen 11 and the fluidic junction 21, along the longitudinal axis X.
  • the thermal length can be considered as corresponding to the length of the dry channel. It is preferable that the thermal length be such 2 1 than l th £ -L or l th £ -L.
  • a device 1 that is wider than it is long makes it possible to form air flows, in counter-current, in parallel, and this along a short length.
  • the device it is preferable for the device to be higher than
  • the thermal length be such that l th ⁇ -/i or l th ⁇ - i.
  • a device 1 higher than it is long makes it possible to "parallelize” air flows, in counter-current, and this along a short thermal length.
  • the thermal length l th is advantageously between 5 cm and 1 m, and preferably between 10 cm and 30 cm.
  • the fact that the first lumens 11 are distributed along the lateral axis Y allows the air, in each wet channel 20 w , to flow parallel to the air flow in the dry channel 20 d adjacent to the channel wet. This maximizes the operation of the device in a countercurrent configuration. This results in an improvement in the thermal efficiency of the device 1.
  • the distance between two adjacent first slots 11, along the lateral axis Y is preferably less than 50%, or even 40%, or even 30% of the thermal length l th .
  • Figures 3A to 3F show a second embodiment.
  • the air to be cooled enters each dry channel parallel to the longitudinal axis X.
  • the air emerges into each dry channel by flowing parallel to the transverse axis Z.
  • each plate has second lights.
  • Two second slots 12 respectively formed on two adjacent plates 10 delimiting the same dry channel 20 d open into the latter.
  • a dry channel 20 d is in fluid communication with at least a second light 12.
  • Two second lights 12, aligned along an inlet axis, and respectively formed on two adjacent plates, delimiting a same wet channel 20 w are connected to each other by a sealed wall 16, crossing the wet channel, forming a sealed passage.
  • the designation “intake axis” corresponds to the fact that the air, flowing through each sealed passage 16, is intended to be admitted into a dry channel 20 d .
  • the sealed passage 16 is tubular, around the inlet axis. In the example represented in FIGS.
  • the inlet axis is an axis parallel to the axis Z.
  • sealed passages 15 and 16 have been shown, respectively forming sealed passages through one 20 d dry channel and two 20 w wet channels.
  • dotted lines have been represented, on the left, to materialize two sealed passages 15 and 16.
  • an upper plate has been shown, which delimits the stack along the transverse axis Z.
  • the upper plate comprises only first slots 11, the humidified air resulting from the humid channels being extracted from the top .
  • the stack comprises a lower plate, opposite the upper plate and delimiting the stack.
  • the lower plate may comprise only second slots, intended for the admission of air to be cooled, the air being admitted from below.
  • the air to be cooled is admitted through the upper plate and the air resulting from the wet channels is exhausted through the upper plate.
  • the upper plate comprises first lights and second lights. The lower plate can then be full.
  • the air to be cooled is admitted both through the upper plate and through the lower plate: this makes it possible to reduce the path of the air to be cooled through the stack.
  • the humid air, coming from the humid channels is evacuated both through the upper plate and through the lower plate: this makes it possible to reduce the path of humid air through the stack.
  • the designations upper plate and lower plate designate the plates forming the ends of the stack along the transverse axis Z.
  • the upper or lower plates delimiting the stack along the transverse axis, may or may not comprise first lights 11 and/or second lights 12.
  • Each leaktight passage 15, 16 can be obtained by a leaktight seal, or by local protrusions made in the plates, as described later in connection with FIGS. 5A to 5D.
  • Figures 3D and 3F represent respectively a wet face 10 w and a dry face 10 of the same plate 10.
  • Figures 3C and 3E show a section of the stack in an XZ plane passing through section lines AA and BB shown in Figures 3D and 3F.
  • the wet air flows around the sealed passage 16.
  • the air to be cooled flows around each sealed passage 15.
  • the intake axis, along which the air to be cooled flows between the plates, upstream of a dry channel 20 d is parallel to the Z axis. of the evacuation axis, along which the humid air flows between the plates, downstream of a humid channel 20 w .
  • the second slots 12 are advantageously distributed along the lateral axis Y. The fact that the second slots 12 are distributed along the lateral axis Y allows the air, in each dry channel 20 d , to flow parallel, or substantially parallel to the longitudinal axis X, and parallel to the flow of air in the wet channel 20 w adjacent to the dry channel.
  • the distance between two adjacent second slots, along the lateral axis Y, is preferably less than 50%, or even 40%, or even 30% of the thermal length l th .
  • the first and second slots are distributed parallel to the lateral axis Y, in a middle zone of each plate.
  • the term middle zone designates a zone located at equal distance, or substantially at equal distance from the two longitudinal edges (or ends) of the plate.
  • substantially equal distance is meant at equal distance within a tolerance of ⁇ 10% or ⁇ 20%.
  • longitudinal edge is meant edges of the same plate spaced along the longitudinal axis X.
  • the first and second lights are aligned and alternate.
  • the alignment of the first and second lights parallel to the lateral axis Y makes it possible to optimize the thermal length described above.
  • the thermal length l th then corresponds to the distance between each first lumen 11 (or each second lumen 12), and the fluidic junction 21, along the longitudinal axis X.
  • each plate 10 allows a symmetrical configuration of the stack, with respect to a middle plane parallel to the transverse axis Z and to the lateral axis Y, passing through the middle zone of each plate.
  • the median plane passes through the center of each light and forms a plane of symmetry of the device.
  • the ventilation system is configured in such a way that the air to be cooled, emerging from each second slot 12, flows in each dry channel 20 d , respectively towards the two opposite longitudinal ends.
  • a fluidic junction 21 allows part of the cooled air to be admitted into a wet channel 20 w adjacent to the dry channel.
  • each dry channel comprises two fluidic junctions 21 arranged on either side of the median plane, and preferably arranged symmetrically to each other. The air admitted into the wet channel 20 w flows, from each fluidic junction 21, towards the median plane.
  • the symmetrical arrangement of the second embodiment makes it possible to optimize the performance of the device in terms of compactness and efficiency. This makes it possible to limit the thermal length l th , so as to limit the pressure drop, while increasing the heat exchange surface.
  • the symmetrical arrangement of the second embodiment makes it possible to obtain a so-called “massively parallel” configuration:
  • the arrangement of the flows, in parallel, mentioned in connection with the first embodiment is “triple parallelized” in the symmetrical configuration: according to the axis Y and along the Z axis, but also along the X axis. Along the X axis, the cold air resulting from a dry channel is blown in two opposite directions, parallel to the longitudinal axis X.
  • the section of the first lights 11 is reduced compared to the section of the second lights 12.
  • the accumulation of the sections of the first lights on the accumulation of the sections of the second lights can be adjusted according to the ratio between the air flow admitted into the dry channel and the air flow admitted into the wet channel, downstream of each dry channel.
  • the air to be cooled, upstream of each dry channel and the humid air, downstream of each humid channel flow parallel to the same axis, in this case the transverse axis, this which is beneficial. This simplifies, for example, the connection of different devices together, as described below.
  • each plate 10 comprises a second slot 12, without a first slot 11.
  • the moist air emerges from each moist channel along the longitudinal axis, and the dry air is brought to each dry channel through a second lumen 12.
  • the cooled air is extracted at the center of the plate, while the inlet or outlet axes are provided at the level of an edge of the plate. According to this variant:
  • Each plate has a first slot 11 and a second slot 12 arranged close to each longitudinal end;
  • the fluidic junctions 21 between each dry channel 20 d and each wet channel 20 w are arranged between two second openings of the dry channel, preferably at the level of the middle part, or substantially at the level of the middle part;
  • the air to be cooled flows, in each dry channel 20 d , from a second lumen 12, towards the middle part of each plate 10, as far as a fluidic junction 21;
  • each wet channel 20 w the air circulates, in each wet channel 20 w , from a fluidic junction 21, towards a longitudinal end of each plate 10, up to a first light 11.
  • the cooled air, resulting from each dry channel is collected at the level of the middle part, through openings made in each plate, and sealed passages provided through each wet channel.
  • the cooled air is collected parallel to the transverse axis Z.
  • each dry channel extends between two air inlets and a cold outlet 20 d,o u t , the cold outlet being located between the air inlets of the dry channel, at the level of the middle zone.
  • Each fluidic junction 21 is arranged, between the dry channel and a wet channel 20 w adjacent to the dry channel, between the air inlets and the cold outlet of the dry channel.
  • Each wet channel extends between the fluidic junction 21, at the level of the middle part, and two wet outlets, the fluidic junction 21 being arranged between the two wet outlets.
  • Such a variant allows a symmetrical arrangement of the device, with respect to a median plane parallel to the transverse axis and passing through the median zone.
  • FIGS 4A through 4D illustrate a third embodiment, which includes features described in connection with the second embodiment.
  • each plate comprises at least one third slot 13, intended to allow admission of air to be cooled in each dry channel 10 d .
  • the third embodiment is relevant when the air intake l n is formed of air drawn from outside the room.
  • the device may comprise an auxiliary air inlet l aUx , intended to admit air drawn from the room to be cooled.
  • the device is configured in such a way that the auxiliary air is admitted, in each dry channel, downstream of the air coming from the air intake the latter then forming a main inlet.
  • the room temperature is assumed to be lower than the temperature outside the room, it is advisable that the mixing between the outside air and the air in the room is carried out after the outside air has been partially cooled. .
  • the outside air is then considered to be at a temperature comparable to the air in the room.
  • a dry channel 20 d is in fluid communication with at least one third lumen 13.
  • Two third lumens 13, aligned along an auxiliary intake axis, and respectively formed on two adjacent plates, delimiting the same wet channel 20 w are connected to each other by a sealed wall 17, crossing the wet channel., and forming a sealed passage.
  • the sealed wall 17 is tubular, around the auxiliary inlet axis.
  • the auxiliary intake axis is an axis parallel to the Z axis.
  • the auxiliary air is shown in dotted lines.
  • auxiliary intake axis corresponds to the fact that the auxiliary air is admitted, in a dry channel, flowing along the auxiliary intake axis, through one or more sealed walls extending through a wet channel.
  • each tubular leaktight passage 17 can be obtained by a leaktight seal, or by local protuberances formed in the plates, as described below in connection with FIGS. 5A to 5D.
  • Each third lumen 13 is arranged, on each plate, so as to emerge between the second lumen 12 and the fluidic junction 21.
  • the third lumen 13 is preferably arranged closer to the second lumen 12 (which forms the main inlet of air), than of the fluidic junction 21.
  • the thermal length l th designating a distance, along the longitudinal axis, between the second lumen 12 and the fluidic junction 21, the distance between the third lumen 13 and the second lumen 12 of the same plate can be between 10% and 50% of the thermal length l th , advantageously between 15% and 30% of the thermal length l th .
  • Figures 4B and 4D represent respectively a dry face 10 d and a wet face 10 w of the same plate 10.
  • Figures 4A and 4C show a section of the stack in an XZ plane passing through section lines AA and BB shown in Figures 4B and 4D.
  • auxiliary air inlet makes it possible to adjust a pressure balance in the room to be cooled. This makes it possible in particular to avoid an overpressure of the room, under the effect of the cooled air blown in by the device, in particular when the air forming the admission l in is drawn outside.
  • the auxiliary supply makes it possible to reduce an overpressure, by drawing air from inside the room. This makes it possible to avoid possible disturbances in the operation of installations of the centralized ventilation type equipping the room to be cooled.
  • placing the part to be cooled under overpressure results in the evacuation of part of the air, cooled by the device, towards the outside of the part, which is not optimal.
  • the cooled air coming from each dry channel is advantageously collected, from each cold outlet 20 d,O u t , by an air collector, before being blown into the room.
  • auxiliary air intake can be combined with a non-symmetrical embodiment, for example the first embodiment.
  • FIGS. 5A to 5D illustrate the formation of leaktight walls between slots, arranged opposite each other, on two successive plates. They may for example be first lights 11, second lights 12 and third lights 13 previously described. According to a first possibility, each slot arranged opposite is surrounded by a seal. The compression of two seals respectively associated with two slots arranged opposite each other makes it possible to form a sealed tubular wall. This possibility is illustrated in Figures 5A and 5B. According to a variant, a single joint can connect two opposite lights.
  • FIG. 5C and 5D Another possibility, avoiding or limiting the use of seals, consists in locally deforming the plates 10, at the level of the slots, so that the contact between the two plates ensures a sealed passage, between the two slots.
  • the plates can for example be formed in such a way that they approach each other, until they are in contact with each other, around each light. This type of shape can be obtained whether the material is metallic or non-metallic.
  • the plates can be thermoformed or molded, so as to obtain the desired shape.
  • the plates can be formed from polymer. Polymers generally exhibit less favorable thermal conduction properties than some metals.
  • the device 1 essentially assumes that the thermal conduction is ensured through the thickness of the plate 10, the latter being preferably less than 2 mm or 1 mm. This small thickness makes it possible to use polymer-based plates, the small thickness between the wet face 10 w and the dry face 10 d compensating for the low thermal conductivity.
  • the low thermal conductivity of a polymer can also constitute an advantage, by limiting the conduction of heat along the longitudinal axis X.
  • the polymer can thus extend from the dry face. It can extend to the wet face or be covered by a material or a capillary structure conducive to wetting the wet face.
  • polymer materials also makes it possible to significantly reduce the mass of the device. This also makes it possible to form plates by thermoforming, as described in connection with FIGS. 5C and 5D.
  • the dry faces may comprise fins, forming protuberances, and increasing the exchange surface between the dry face and the air to be cooled. The same is true of the wet face.
  • the device can be arranged in modules, each module comprising a determined quantity of plates.
  • the concatenation of modules makes it possible to adjust the power of the device.
  • An intermediate collector, collecting the air to be cooled, upstream of a dry channel, and the humid air, downstream of a humid channel, can be placed between the two modules.
  • the modular arrangement is facilitated in the configurations in which the air to be cooled, the humid air resulting from the humid channels and the possible auxiliary air flow parallel to the transverse axis Z.
  • each wet face can be carried out using a fixed reservoir, connected to each wet face by a fluidic or capillary connection. Water can reach each wet face by pumping or by gravity flow.
  • spacers can be arranged so as to keep the spacing between two adjacent plates as constant as possible.

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Abstract

Dispositif de climatisation à refroidissement indirect par évaporation, le dispositif étant destiné à insuffler de l'air refroidi dans une pièce, le dispositif comportant : ‐ une admission d'air, destinée à collecter de l'air à refroidir; ‐ une pluralité de plaques, formant un empilement, chaque plaque comportant une face sèche opposée à une face humide, la face humide de chaque plaque étant configurée pour être maintenue mouillée par de l'eau, chaque plaque étant destinée à être refroidie sous l'effet d'une évaporation d'eau, à partir de la face humide; ‐ un système de ventilation; le dispositif étant tel que : ‐ deux plaques adjacentes sont espacées l'une de l'autre, selon un axe transversal, de façon à former un canal, le canal étant : soit un canal sec, délimité par deux faces sèches de deux plaques adjacentes, soit un canal humide, délimité par deux faces humides de deux plaques adjacentes; le dispositif étant caractérisé en ce que chaque canal humide comporte plusieurs sorties humides, réparties selon un axe latéral, perpendiculaire à un axe longitudinal et à l'axe transversal, et/ou chaque canal sec comporte plusieurs arrivées d'air, réparties selon un axe latéral, perpendiculaire à un axe longitudinal et à l'axe transversal.

Description

Description
Titre : Dispositif de climatisation à refroidissement indirect par évaporation
DOMAINE TECHNIQUE Le domaine technique de l'invention est un dispositif de rafraîchissement d'air par refroidissement indirect par évaporation.
ART ANTERIEUR
Les rafraîchisseurs d'air par refroidissement indirect par évaporation, également désignés par le terme rafraîchisseurs adiabatiques indirects à point de rosée, sont connus depuis plusieurs dizaines d'années.
Le principe de tels rafraîchisseurs est schématisé sur la figure 1. Il est basé sur l'utilisation d'un évapo-échangeur, au sein duquel l'air entrant (flèche Fien trait plein sur la figure 1), est rafraîchi, sans humidification, potentiellement jusqu'à son point de rosée. Le rafraîchissement est produit par une circulation de l'air au contact d'une plaque Pi, dite plaque de refroidissement, refroidie par évaporation d'eau. La plaque de refroidissement comporte une face sèche, au contact de laquelle s'écoule l'air à refroidir, et une face humide, mouillée par de l'eau, l'eau étant symbolisée par des cercles sur la figure 1. Sur la figure 1, les flèches en tirets mixtes représentent l'air refroidi ou en cours de refroidissement.
Une partie de l'air refroidi, au contact de la face sèche de la plaque de refroidissement, est évacué, de façon à refroidir une pièce : flèche F2. Une autre partie de l'air refroidi est réinjecté dans le rafraîchisseur et dirigée de façon à s'écouler au contact de la face humide de la plaque de refroidissement : flèche F3. L'air ainsi réinjecté se réchauffe, en évaporant l'eau présente sur la face humide de la plaque de refroidissement. Il en résulte une baisse de la température de la plaque de refroidissement. L'air ainsi réchauffé, chargé d'humidité, est ensuite évacué à l'extérieur de la pièce.
Par rapport aux dispositifs de climatisation les plus répandus, un avantage notable de tels rafraîchisseurs est l'absence de fluide frigorigène. Ces dispositifs doivent uniquement être alimentés par de l'eau. Il en résulte un bilan environnemental plus favorable que les climatiseurs usuels, basés sur une compression d'un fluide frigorigène. On sait que les fluides frigorigènes peuvent avoir des conséquences néfastes sur l'environnement.
Des exemples de dispositifs à refroidissement indirect par évaporation ont été décrits dans EP3191782 ou EP3262365. Les inventeurs proposent un dispositif de climatisation à refroidissement indirect par évaporation optimisé, présentant un bon compromis entre l'efficacité et la compacité.
EXPOSE DE L'INVENTION
Un premier objet de l'invention est un dispositif de climatisation à refroidissement indirect par évaporation, le dispositif étant destiné à insuffler de l'air refroidi dans une pièce, le dispositif comportant :
- une admission d'air, destinée à collecter de l'air à refroidir ;
- une pluralité de plaques, formant un empilement, chaque plaque comportant une face sèche opposée à une face humide, la face humide de chaque plaque étant configurée pour être mouillée par de l'eau, chaque plaque étant destinée à être refroidie sous l'effet d'une évaporation d'eau, à partir de la face humide ;
- un système de ventilation ; le dispositif étant tel que :
- deux plaques adjacentes sont espacées l'une de l'autre, selon un axe transversal, de façon à former un canal, le canal étant :
• soit un canal sec, délimité par deux faces sèches de deux plaques adjacentes,
• soit un canal humide, délimité par deux faces humides de deux plaques adjacentes ;
- les plaques sont disposées de façon à former une alternance entre canaux secs et canaux humides, chaque canal sec étant adjacent d'un canal humide, deux canaux respectivement sec et humide adjacents étant reliés par une jonction fluidique ;
- chaque canal sec s'étend, selon un axe longitudinal, entre une arrivée d'air, reliée à l'admission d'air, et une sortie froide, la sortie froide étant destinée à une évacuation d'air refroidi suite à l'écoulement de l'air dans le canal sec ;
- chaque jonction fluidique reliant un canal sec et un canal humide est disposée au niveau de la sortie froide du canal sec ou entre l'arrivée d'air et la sortie froide du canal sec;
- chaque canal humide s'étend selon l'axe longitudinal, entre la jonction fluidique et une sortie humide, la sortie humide étant destinée à une évacuation d'air humidifié suite à l'écoulement dans le canal humide ; le dispositif étant caractérisé en ce que :
- chaque canal humide comporte plusieurs sorties humides, réparties selon un axe latéral, perpendiculaire à l'axe longitudinal et à l'axe transversal ;
- et/ou chaque canal sec comporte plusieurs arrivées d'air, réparties selon un axe latéral, perpendiculaire à l'axe longitudinal et à l'axe transversal. Par réparti selon l'axe latéral, on entend spatialement distribuées par rapport à l'axe latéral, sans être nécessairement alignées selon l'axe latéral. Selon une possibilité, plusieurs sorties humides et/ou plusieurs arrivées d'air sont alignées selon l'axe latéral.
Selon un mode de réalisation, chaque plaque comporte une première lumière, les premières lumières des plaques s'étendant autour d'un axe d'évacuation, l'axe d'évacuation étant sécant de chaque plaque.
Selon une configuration possible :
- deux premières lumières formées respectivement sur deux plaques, délimitant un même canal humide, débouchent dans ce dernier ;
- les premières lumières formées respectivement sur deux plaques, délimitant un même canal sec, sont reliées l'une à l'autre par un passage étanche traversant ledit canal sec, de façon à bloquer un passage d'air dans le canal sec ;
- de telle sorte que l'air, après s'être écoulé le long d'un canal humide, peut être évacué successivement à travers des passages étanches respectivement ménagés, entre deux premières lumières, à travers différents canaux secs, une première lumière, débouchant dans le canal humide, formant la sortie humide dudit canal humide.
Au moins un passage étanche à travers un canal sec peut être formé d'au moins un joint s'étendant entre deux premières lumières formées dans les plaques délimitant ledit canal sec. Selon une possibilité, deux plaques délimitant un canal sec se rapprochent l'une de l'autre, au niveau de leurs premières lumières respectives, le passage étanche à travers le canal sec étant formé par un contact entre les deux plaques, autour des premières lumières. Avantageusement, chaque plaque comporte plusieurs premières lumières, réparties selon l'axe latéral, et éventuellement alignées selon l'axe latéral.
De préférence,
- au moins un canal sec, ou chaque canal sec, s'étend, entre l'arrivée d'air et une jonction fluidique, selon une longueur thermique;
- la distance, selon l'axe latéral, entre deux premières lumières adjacentes ménagées sur une même plaque, est inférieure à 50% de la longueur thermique ou à 40% de la longueur thermique ou à 30% de la longueur thermique.
Par longueur thermique, il est entendu une distance entre l'arrivée d'air et la jonction fluidique, parallèlement à l'axe longitudinal.
Selon un mode de réalisation, - chaque plaque comporte une deuxième lumière, les deuxièmes lumières des plaques s'étendant autour d'un axe d'admission, l'axe d'admission étant sécant de chaque plaque ;
- les deuxièmes lumières formées respectivement sur deux plaques, délimitant un même canal sec, débouchent dans ce dernier ;
- les deuxièmes lumières formées respectivement sur deux plaques, délimitant un même canal humide, sont reliées l'une à l'autre par un passage étanche traversant ledit canal humide, de façon à bloquer un passage d'air dans le canal humide ;
- une deuxième lumière, débouchant dans un canal sec, forme une entrée d'air dans le canal sec ;
- de telle sorte que l'air peut être admis dans chaque le canal sec, successivement à travers les passages étanches respectivement ménagés, entre deux deuxièmes lumières, à travers différents canaux humides.
Selon un mode de réalisation, au moins un passage étanche à travers un canal humide est formé d'au moins un joint s'étendant entre deux deuxièmes lumières formées dans les plaques délimitant ledit canal humide.
Selon un mode de réalisation, deux plaques délimitant un canal humide se rapprochent l'une de l'autre, au niveau de leurs deuxièmes lumières respectives, le passage étanche à travers le canal humide étant formé par un contact entre les deux plaques, autour des deuxièmes lumières. Avantageusement, chaque plaque comporte plusieurs deuxièmes lumières, réparties selon l'axe latéral, et éventuellement alignées selon l'axe latéral.
De préférence,
- au moins un canal sec, ou chaque canal sec s'étend, entre l'arrivée d'air et une jonction fluidique, selon une longueur thermique ;
- la distance, selon l'axe latéral, entre deux deuxièmes lumières adjacentes ménagées sur une même plaque, est inférieure à 50% de la longueur thermique ou à 40% de la longueur thermique ou à 30% de la longueur thermique.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comporte une admission auxiliaire, destinée à admettre de l'air présent dans la pièce, le dispositif étant tel que :
- chaque plaque comporte une troisième lumière, les troisièmes lumières des plaques s'étendant autour d'un axe auxiliaire, l'axe auxiliaire étant sécant de chaque plaque ;
- deux troisièmes lumières formées respectivement sur deux plaques, délimitant un même canal sec, débouchent dans ce dernier ; - les troisièmes lumières formées respectivement sur deux plaques, délimitant un même canal humide, sont reliées l'une à l'autre par un passage étanche traversant ledit canal humide, de façon à bloquer un passage d'air dans le canal humide ;
- au moins une troisième lumière, est reliée à l'admission auxiliaire ;
- chaque troisième lumière d'une plaque débouche, dans un canal sec, entre une deuxième lumière ménagée dans la plaque et la jonction fluidique;
- de telle sorte que l'air auxiliaire, provenant de la pièce à refroidir, peut être admis, à partir de la troisième lumière, dans chaque canal sec, successivement à travers les passages étanches respectivement ménagés, entre deux troisièmes lumières, à travers chaque canal humide, une troisième lumière délimitant chaque canal sec formant une arrivée d'air auxiliaire dans le canal sec.
Selon un mode de réalisation avantageux,
- chaque plaque s'étend, selon l'axe longitudinal, entre deux extrémités longitudinales ;
- chaque plaque comporte une zone médiane, située à égale distance entre les deux extrémités longitudinales ;
- l'empilement est symétrique par rapport à un plan médian, parallèle à l'axe transversal et passant par la zone médiane de plusieurs plaques.
Selon un mode de réalisation,
- chaque plaque s'étend, selon l'axe longitudinal, entre deux extrémités longitudinales;
- au moins un canal sec s'étend, à partir d'une arrivée d'air, vers deux extrémités longitudinales, l'arrivée d'air étant disposée entre les extrémités longitudinales;
- le canal sec comporte, entre l'arrivée d'air et chaque extrémité longitudinale, ou au niveau de chaque extrémité longitudinale, une jonction fluidique avec un canal humide ;
- le canal humide s'étend entre chaque jonction fluidique et une sortie humide, la sortie humide étant disposée entre les jonctions fluidiques.
Selon ce mode de réalisation, dans chaque canal sec, l'arrivée d'air débouche dans une zone médiane de chaque plaque, à égale distance, ou à une distance sensiblement égale, par rapport à chaque extrémité longitudinale.
Selon un mode de réalisation,
- chaque plaque s'étend, selon l'axe longitudinal, entre deux extrémités longitudinales;
- au moins un canal sec s'étend entre deux arrivées d'air et une sortie froide, la sortie froide étant située entre les arrivées d'air du canal sec ; - une jonction fluidique est agencée, entre le canal sec et un canal humide adjacent du canal sec, entre les arrivées d'air et la sortie froide;
- au moins un canal humide s'étend entre la jonction fluidique est deux sorties humides, la jonction fluidique étant disposée entre les deux sorties humides.
La sortie froide peut être disposé au niveau de la zone médiane d'une plaque délimitant le canal sec.
Chaque plaque est formée d'un matériau comportant un polymère. Le matériau comportant le polymère peut s'étendre à partir de la face sèche.
De préférence, l'épaisseur de chaque plaque est inférieure à 2 mm ou à 1 mm.
Selon un mode de réalisation :
- le dispositif s'étend, selon l'axe latéral, entre deux extrémités latérales, formant une largeur;
- chaque canal sec s'étend, entre l'arrivée d'air et la jonction fluidique, selon une longueur thermique;
- la largeur est au moins 1,5 fois supérieure à la longueur thermique.
Selon un mode de réalisation,
- le dispositif s'étend, selon l'axe transversal, entre deux extrémités transversales, formant une hauteur;
- chaque canal sec s'étend, entre l'arrivée d'air et la jonction fluidique, selon une longueur thermique;
- la hauteur est au moins 1,5 fois supérieure à la longueur thermique.
Chaque face humide peut être est reliée à une alimentation en eau par une liaison fluidique ou capillaire.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de l'exposé des exemples de réalisation présentés, dans la suite de la description, en lien avec les figures listées ci-dessous.
FIGURES
La figure 1 représente un schéma de principe.
La figure 2A représente une vue schématique tridimensionnelle d'un premier mode de réalisation de l'invention.
La figure 2B est une vue en coupe de l'empilement, selon le premier mode de réalisation, selon un plan de coupe A-A représenté sur la figure 2C et sur la figure 2E.
La figure 2C est une vue d'une face sèche de l'empilement selon le premier mode de réalisation. La figure 2D est une vue en coupe de l'empilement, selon le premier mode de réalisation, selon un plan de coupe B-B représenté sur la figure 2C et sur la figure 2E.
La figure 2E est une vue d'une face humide de l'empilement selon le premier mode de réalisation.
Les figures 3A et 3B représentent des vues schématiques tridimensionnelles d'un deuxième mode de réalisation de l'invention.
La figure 3C est une vue en coupe de l'empilement, selon le deuxième mode de réalisation, selon un plan de coupe A-A représenté sur la figure 3D et sur la figure 3F.
La figure 3D est une vue d'une face humide de l'empilement selon le deuxième mode de réalisation.
La figure 3E est une vue en coupe de l'empilement, selon le deuxième mode de réalisation, selon un plan de coupe B-B représenté sur la figure 3D et sur la figure 3F.
La figure 3F est une vue d'une face sèche de l'empilement selon le deuxième mode de réalisation.
La figure 4A est une vue en coupe de l'empilement, selon un troisième mode de réalisation, selon un plan de coupe A-A représenté sur la figure 4B et sur la figure 4D.
La figure 4B est une vue d'une face sèche de l'empilement selon le troisième mode de réalisation.
La figure 4C est une vue en coupe de l'empilement, selon le troisième mode de réalisation, selon un plan de coupe B-B représenté sur la figure 4B et sur la figure 4D.
La figure 4D est une vue d'une face humide de l'empilement selon le troisième mode de réalisation.
Les figures 5A et 5B représentent une possibilité d'obtention d'une paroi étanche à travers un canal, entre deux ouvertures.
Les figures 5C et 5D montrent une autre possibilité d'obtention d'une paroi étanche à travers un canal, entre deux ouvertures.
EXPOSE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS
Les figures 2A à 2E représentent un exemple de dispositif selon le premier mode de réalisation de l'invention. Quel que soit le mode de réalisation, le dispositif 1 comporte un empilement de plaques 10, L'empilement peut comporter quelques dizaines, voire centaines de plaques, par exemple entre 30 et 1000 plaques 10. Les plaques 10 sont disposées parallèlement les unes aux autres, perpendiculairement à un axe transversal Z. Chaque plaque 10 s'étend parallèlement à un plan Rcg. Chaque plaque s'étend, parallèlement à un axe longitudinal X, selon une longueur l, et, parallèlement à un axe latéral Y, selon une largeur L. L'empilement s'étend, parallèlement à l'axe transversal Z, selon une hauteur h. La hauteur h dépend du nombre de plaques.
La longueur l peut être comprise entre 5 cm et lm, et de préférence entre 10 cm et 30 cm. La longueur l est de préférence :
- inférieure à la largeur L, par exemple au moins 1,5 fois inférieure, voire au moins 2 fois inférieure ou au moins 3 fois inférieure à la largeur L.
- et/ou inférieure à la hauteur h, par exemple au moins 1,5 fois inférieure, voire au moins 2 fois inférieure ou au moins 3 fois inférieure à la hauteur h.
Deux plaques adjacentes 10 sont espacées l'une de l'autre, parallèlement à l'axe Z, selon une distance de préférence inférieure à 2 cm, voire inférieure à 1 cm ou 0,5 cm. L'espacement entre deux plaques adjacentes peut avantageusement être compris entre 0,5 mm et 2 mm. L'espacement entre deux plaques adjacentes a été exagéré sur la figure 2A ainsi que sur les figures 2B et 2D.
Dans l'exemple représenté, chaque plaque est plane. Selon des variantes possibles, les plaques peuvent présenter des ondulations, ou d'autre type de structuration : nervures, ailettes.
Le dispositif 1 est destiné à insuffler de l'air refroidi dans une pièce. L'air à refroidir est aspiré dans le dispositif par un système de ventilation, non représenté, à travers une admission lin. Le système de ventilation comporte un ou plusieurs ventilateurs. Selon les configurations, l'air à refroidir provient de l'extérieur de la pièce, et/ou de l'intérieur de la pièce. Dans ce premier exemple, l'air est admis parallèlement à l'axe longitudinal X, comme représenté sur les figures 2A et 2C, sous la forme de flèches en traits pleins.
Mis à part les première et dernière plaques, délimitant le dispositif selon l'axe transversal Z, chaque plaque 10 comporte une face humide 10w et une face sèche 10d. Les faces respectivement sèche et humide d'une même plaque sont opposées, au sens où elles sont distantes de l'épaisseur de la plaque. L'épaisseur de chaque plaque, selon l'axe Z, est la plus faible possible, en prenant en compte les contraintes de tenue mécanique. L'épaisseur dépend du matériau formant la plaque. Elle est généralement inférieure à 1 cm, et avantageusement inférieure à 5 mm, voire à 2 mm ou à 1 mm. L'épaisseur peut être comprise entre 10 pm et 1 mm, voire entre 10 pm et 500 pm. L'invention exploite la conduction de la chaleur selon l'axe Z, à travers chaque plaque 10. Une face humide 10w est destinée à être, de façon la plus régulière possible, mouillée par de l'eau. L'eau peut être directement disposée sur la plaque, ou de façon indirecte, la plaque comportant, au niveau de la face humide, un matériau hydrophile imbibé d'eau. Il peut par exemple s'agir d'un matériau permettant un pompage de l'eau par capillarité, à partir d'une alimentation en eau. Le matériau hydrophile peut par exemple comporter de la cellulose ou un polymère hydrophile. Le mouillage d'une face humide peut également être assuré par des canaux fluidiques, ménagés dans le long de la face humide, et permettant un pompage d'eau par capillarité, à partir de l'alimentation en eau. Dans la suite de la description, le terme plaque inclut une éventuelle structure capillaire formée ou déposée sur la plaque.
L'empilement est tel que les faces humides (respectivement sèches) de deux plaques consécutives se font face. Deux faces humides 10w, se faisant face, et appartenant à de deux plaques adjacentes, délimitent un canal humide 20w. Deux faces sèches, se faisant face, et appartenant à de deux plaques adjacentes, délimitent un canal sec 20d. Les canaux, secs ou humides, sont délimités par deux montants latéraux, non représentés, s'étendant selon un plan XZ. Les montants latéraux sont espacés l'un de l'autre par la largeur L de chaque plaque, selon l'axe latéral Y.
Ainsi, l'empilement est formé d'une alternance entre canaux secs 20d et canaux humides 20w. Chaque canal sec s'étend, selon l'axe longitudinal X, entre une arrivée d'air 20djn et une sortie froide 20d,Out- La sortie froide 20d,Out peut être destinée à être raccordée à une évacuation d'air refroidi, configurée pour insuffler l'air refroidi à l'intérieur de la pièce.
Les figures 2C et 2E représentent respectivement une face sèche 10d et une face humide 10w d'une même plaque 10. Les figures 2B et 2D montrent une coupe de l'empilement dans un plan XZ passant par des lignes de coupe A-A et B-B représentées sur les figures 2C et 2E.
Sur les figures 2A à 2E, comme dans les autres figures annexées à la description, les flèches en traits pleins, traits mixtes et pointillés désignent respectivement un air à refroidir, un air en cours de refroidissement, et un air se réchauffant en s'humidifiant.
Chaque canal sec 20d est relié à un canal humide 20w adjacent par une jonction fluidique 21. Chaque canal humide 20w s'étend, selon l'axe longitudinal X, entre la jonction fluidique 21 et une sortie humide 20w,out- La jonction fluidique 21 est disposée entre l'arrivée d'air 20d,in et la sortie froide 20d,Out, ou au niveau de la sortie froide 20d,Out- La jonction fluidique 21 est avantageusement plus proche de la sortie froide 20d,Out que de l'arrivée d'air 20d,m· Ainsi, en considérant le sens d'écoulement de l'air dans le canal sec, la jonction fluidique 21 est disposée dans le canal sec 20d, en amont de la sortie froide 20d,Out- ou au niveau de la sortie froide. Le dispositif 1 est tel que sous l'effet du système de ventilation, une partie de l'air s'écoulant à travers un canal sec 20d est admis dans un canal humide 20w lui étant adjacent à travers la jonction fluidique 21. La jonction fluidique 21 peut être formée par une simple ouverture pratiquée dans la plaque séparant le canal humide du canal sec. Sur les exemples représentés, la jonction fluidique 21 est formée au niveau d'une bordure longitudinale (c'est-à-dire une bordure perpendiculaire à l'axe X), formant une extrémité longitudinale de la plaque. Une partie de l'air refroidi est alors aspiré dans au moins un canal humide 20w adjacent du canal sec 20d, au niveau de la sortie froide 20d,Out-Le débit d'air s'écoulant dans le canal humide 20w est ajusté par le système de ventilation du dispositif. Cela est facilité par le fait que l'écoulement, dans chaque canal sec, est préférentiellement effectué selon un régime laminaire, la vitesse de l'air étant par exemple comprise entre 0,5 m.s 1 et 3 m.s 1.
La jonction fluidique 21, couplée au système de ventilation, peuvent être tels que 50 à 75 % du débit d'air s'écoule vers la sortie froide 20d,Out, tandis que 25% à 50 % du débit d'air s'écoule à travers la jonction fluidique, vers le canal humide 20w. On note que l'écoulement d'air à travers chaque canal humide 20w est effectué dans un sens opposé à l'écoulement d'air dans le canal sec lui étant adjacent. Le dispositif est ainsi configuré pour fonctionner à contre-courant.
De préférence, la distance, selon la direction d'écoulement d'air, dans un canal sec 20d, entre une arrivée d'air 20d n et une jonction fluidique 21, est comprise entre 5 cm et 1 m, de préférence entre 10 et 30 cm. De même, la distance, selon la direction d'écoulement d'air, dans un canal humide 20w, entre la jonction fluidique 21 et la sortie d'air humide 20w,out est comprise entre 5 cm et lm, de préférence entre 10 et 30 cm.
Chaque plaque 10 comporte des premières lumières 11, s'étendant autour d'un axe d'évacuation parallèle à l'axe transversal Z. Les premières lumières 11 sont de préférence disposées à proximité d'une même bordure longitudinale de chaque plaque. Par bordure (ou extrémité) longitudinale, on entend une des bordures de la plaque 10 selon l'axe longitudinal X. Par a proximité, il est entendu à une distance de préférence inférieure à 5 cm d'une bordure de la plaque perpendiculaire à l'axe longitudinal X. Les premières lumières 11 sont pratiquées plus proche de l'arrivée d'air 20d,in que de la sortie d'air froide 20d,Out- Dans l'exemple représentés sur les figures 2A à 2E, chaque première lumière 11 peut former une sortie humide 20w,out d'un canal humide 20w. Deux premières lumières 11 respectivement formées sur deux plaques adjacentes 10 délimitant un même canal humide 20w débouchent dans ce dernier. Ainsi, un canal humide 20w est en communication fluidique avec au moins une première lumière 11. Deux premières lumières 11, respectivement formées sur deux plaques adjacentes, délimitant un même canal sec 20d, et alignées selon l'axe d'évacuation, sont reliées l'une à l'autre par une paroi étanche 15, traversant le canal sec et formant un passage. La paroi étanche est tubulaire, autour de l'axe d'évacuation. Dans l'exemple représenté sur les figures 2A à 2E, l'axe d'évacuation est un axe parallèle à l'axe Z. La désignation « axe d'évacuation » correspond au fait que les passages étanches 15 ménagés à travers chaque canal sec 20d sont destinés à évacuer l'air humide s'écoulant depuis chaque canal humide 20w. Sur la figure 2A, on a représenté deux passages étanches tubulaires 15, formant un passage étanche à travers le canal sec 20d.
Chaque passage étanche tubulaire 15 traversant un canal sec 20d peut être obtenue par un joint étanche, ou par des protubérances locales ménagées dans les plaques, comme décrit par la suite en lien avec les figures 5A à 5D.
Ainsi, l'air s'écoulant en aval de chaque canal humide 20w peut être évacué à travers une première lumière 11 débouchant dans le canal humide, puis s'écouler, selon l'axe d'évacuation Z, alternativement entre chaque canal humide 20w et chaque canal sec 2(¾ jusqu'à une sortie humide du dispositif l0ut,w· Cf. figure 2B.
Un aspect notable de l'invention est que les premières lumières 11 sont réparties selon un axe parallèle, ou sensiblement parallèle, à l'axe latéral Y. Par sensiblement parallèle, on entend parallèle à une tolérance angulaire près, par exemple à ± 20° près. Dans l'exemple représenté, les premières lumières 11 sont distribuées régulièrement parallèlement à l'axe latéral Y.
Chaque première lumière présente une section de quelques cm2, par exemple comprise entre 0,5 cm2 et 30 cm2, de préférence entre 1 cm2 et 15 cm2. Il en est de même des deuxièmes lumières et troisièmes lumières décrites par la suite. Chaque lumière peut prendre une forme allongée, selon l'axe longitudinal X, par exemple rectangle, oblongue ou losange.
Le fonctionnement du dispositif 1 est à présent décrit, selon le principe évoqué dans l'art antérieur. L'air à refroidir est admis dans le dispositif par une admission l . Il s'écoule dans les canaux secs 20d, ménagés entre les faces sèches 10d de plaques adjacentes, selon l'axe longitudinal X. Les plaques 10 étant refroidies par évaporation, l'air se refroidit le long de l'écoulement, selon l'axe longitudinal X, par convection. En se refroidissant, l'humidité absolue de l'air reste fixe, mais son humidité relative augmente, selon le principe d'un refroidissement adiabatique. Le dispositif peut être dimensionné de telle sorte que la température de l'air, à la sortie froide 20d,Out de chaque canal sec 20d, soit de l'ordre de la température de rosée ou sensiblement supérieure à la température de rosée, à quelques degrés prés.
Dans chaque canal sec 20d, une partie de l'air refroidi est prélevé au niveau de la jonction fluidique 21 pour être admis dans le canal humide 20w adjacent du canal sec. Le canal humide 20w est délimité par au moins une plaque humide 10w, mouillée par de l'eau. L'air admis dans le canal humide s'écoule selon l'axe longitudinal, entre la jonction fluidique 21 et la sortie humide 20w,out du canal humide 20w. Lors de l'écoulement à travers le canal humide, l'air s'humidifie, au contact de l'eau mouillant une face humide, ou les deux faces humides, délimitant le canal humide. L'évaporation de l'eau, résultant du passage de l'air dans le canal humide 20w, entraîne un refroidissement de la plaque 10. Le dispositif forme ainsi un évapo-échangeur : la vaporisation de l'eau mouillant une face humide d'une plaque entraîne un refroidissement de la face sèche de la plaque, ce qui permet un refroidissement, par convection, de l'air circulant dans le canal sec adjacent.
Il est estimé que si la température de l'admission d'air est comprise entre 30°C et 40°C, ce qui correspond à un cas de figure usuel dans les climats tempérés, la température de l'air, à la sortie froide, peut être inférieure à 20°C.
Outre le fonctionnement en contre-courant, un aspect important du dispositif 1 repose sur le rapport d'aspect, c'est-à-dire sur un ratio entre la largeur L, selon l'axe latéral Y, et la longueur l, selon l'axe longitudinal X ou sur un ratio entre la largeur L et la hauteur h, selon l'axe transversal Z. Pour des raisons d'efficacité thermique, il est préférable que l'épaisseur de chaque canal, selon l'axe transversal Z, soit réduite, en étant de préférence inférieure à 2 mm ou inférieure à 1 mm. Par conséquent, les écoulements d'air dans les canaux secs ou humides subissent une perte de charge importante. Afin de pouvoir obtenir une puissance raisonnable du système de ventilation, tout en conservant une surface d'échange suffisante, la forme du dispositif 1 est optimisée, de façon à ce que la largeur L soit supérieure à une longueur dite longueur thermique lth, selon laquelle l'échange thermique a lieu entre l'air circulant dans un canal humide 20w et l'air circulant dans un canal sec 20d adjacent. La longueur thermique lth correspond à la distance entre la première lumière 11 et la jonction fluidique 21, selon l'axe longitudinal X. En première approximation, la longueur thermique peur être considérée comme correspondant à la longueur du canal sec. Il est préférable que la longueur thermique soit telle 2 1 que lth £ -L ou lth £ -L. Un dispositif 1 plus large que long permet de former des écoulements d'air, en contre-courant, en parallèle, et cela selon une faible longueur.
De façon complémentaire ou en alternative, il est préférable que le dispositif soit plus haut que
2 1 long. Il est préférable que la longueur thermique soit telle que lth < -/i ou lth < - i. Un dispositif 1 plus haut que long permet de « paralléliser » des écoulements d'air, en contre- courant, et cela selon une faible longueur thermique.
D'une façon plus générale, il est préférable que la longueur thermique lth soit inférieure à la largeur L et/ou à la hauteur h. La longueur thermique lth est avantageusement comprise entre 5 cm et lm, et de préférence comprise entre 10 cm et 30 cm.
Le fait que les premières lumières 11 soient réparties le long de l'axe latéral Y permet que l'air, dans chaque canal humide 20w, s'écoule parallèlement à l'écoulement d'air dans le canal sec 20d adjacent du canal humide. Cela permet de maximiser le fonctionnement du dispositif selon une configuration à contre-courant. Il en résulte une amélioration de l'efficacité thermique du dispositif 1. La distance entre deux premières lumières adjacentes 11, selon l'axe latéral Y, est de préférence inférieure à 50%, voire 40%, voire 30% de la longueur thermique lth.
Les figures 3A à 3F représentent un deuxième mode de réalisation. Dans le premier mode de réalisation, l'air à refroidir pénètre dans chaque canal sec parallèlement à l'axe longitudinal X. Dans le deuxième mode de réalisation, l'air débouche dans chaque canal sec en s'écoulant parallèlement à l'axe transversal Z.
Dans le deuxième mode de réalisation, chaque plaque comporte des deuxièmes lumières. Deux deuxièmes lumières 12 respectivement formées sur deux plaques adjacentes 10 délimitant un même canal sec 20d débouchent dans ce dernier. Ainsi, un canal sec 20d est en communication fluidique avec au moins une deuxième lumière 12. Deux deuxièmes lumières 12, alignées selon un axe d'admission, et respectivement formées sur deux plaques adjacentes, délimitant un même canal humide 20w, sont reliées l'une à l'autre par une paroi étanche 16, traversant le canal humide, formant un passage étanche. La désignation « axe d'admission » correspond au fait que l'air, circulant à travers chaque passage étanche 16, est destiné à être admis dans un canal sec 20d. La passage étanche 16 est tubulaire, autour de l'axe d'admission. Dans l'exemple représenté sur les figures 3A à 3F, l'axe d'admission est un axe parallèle à l'axe Z. Sur les figures 3A et 3B, on a représenté des passages étanches 15 et 16, formant respectivement des passages étanches à travers un canal sec 20d et deux canaux humides 20w. Sur la figure 3A, des lignes en pointillés ont été représentées, à gauche, pour matérialiser deux passages étanches 15 et 16.
Sur les figures 3A et 3B, on a représenté une plaque supérieure, qui délimite l'empilement selon l'axe transversal Z. La plaque supérieure ne comporte que des premières lumières 11, l'air humidifié résultant des canaux humides étant extrait par le haut. L'empilement comporte une plaque inférieure, opposée à la plaque supérieure et délimitant l'empilement. La plaque inférieure peut ne comporter que des deuxièmes lumières, destinées à l'admission d'air à refroidir, l'air étant admis par le bas. Dans d'autres configurations, l'air à refroidir est admis à travers la plaque supérieur et l'air résultant des canaux humides est évacué à travers la plaque supérieure. Dans ce cas, la plaque supérieure comporte des premières lumières et des deuxièmes lumières. La plaque inférieure peut alors être pleine. Selon une possibilité, l'air à refroidir est admis à la fois à travers la plaque supérieure et à travers la plaque inférieure : cela permet de réduire le cheminement de l'air à refroidir à travers l'empilement. Selon possibilité, l'air humide, issu des canaux humides, est évacué à la fois à travers la plaque supérieure et à travers la plaque inférieure : cela permet de réduire le cheminement de l'air humide à travers l'empilement. Les désignations plaque supérieure et plaque inférieure désignent les plaques formant des extrémités de l'empilement selon l'axe transversal Z.
D'une façon générale, en fonction de la configuration d'admission d'air à refroidir ou d'évacuation d'air humide, les plaques supérieure ou inférieure, délimitant l'empilement selon l'axe transversal, peuvent, ou non, comporter des premières lumières 11 et/ou des deuxièmes lumières 12.
Chaque passage étanche 15, 16 peut être obtenu par un joint étanche, ou par des protubérances locales ménagées dans les plaques, comme décrit par la suite en lien avec les figures 5A à 5D.
Les figures 3D et 3F représentent respectivement une face humide 10w et une face sèche 10d d'une même plaque 10. Les figures 3C et 3E montrent une coupe de l'empilement dans un plan XZ passant par des lignes de coupe A-A et B-B représentées sur les figures 3D et 3F. Dans chaque canal humide 20w, l'air humide s'écoule autour de la passage étanche 16. De même dans chaque canal sec, l'air à refroidir s'écoule autour de chaque passage étanche 15.
Selon ce mode de réalisation, l'axe d'admission, selon lequel l'air à refroidir s'écoule entre les plaques, en amont d'un canal sec 20d, est parallèle à l'axe Z. Il en est de même de l'axe d'évacuation, selon lequel l'air humide s'écoule entre les plaques, en aval d'un canal humide 20w. De même que les premières lumières 11 de chaque plaque 10 sont réparties selon l'axe latéral Y, comme décrit en lien avec le premier mode de réalisation, les deuxièmes lumières 12 sont avantageusement réparties le long de l'axe latéral Y. Le fait que les deuxièmes lumières 12 soient réparties le long de l'axe latéral Y permet que l'air, dans chaque canal sec 20d, s'écoule parallèlement, ou sensiblement parallèlement à l'axe longitudinal X, et parallèlement à l'écoulement d'air dans le canal humide 20w adjacent du canal sec. Comme précédemment décrit, cela permet de maximiser le fonctionnement du dispositif selon une configuration à contre-courant. Il en résulte une amélioration de l'efficacité thermique du dispositif. La distance entre deux deuxièmes lumières adjacentes, selon l'axe latéral Y, est de préférence inférieure à 50%, voire 40%, voire 30% de la longueur thermique lth.
Selon le mode de réalisation décrit sur les figures 3A à 3F, les premières et deuxièmes lumières sont réparties parallèlement à l'axe latéral Y, dans une zone médiane de chaque plaque. Le terme zone médiane désigne une zone située à égale distance, ou sensiblement à égale distance des deux bordures (ou extrémités) longitudinales de la plaque. Par sensiblement à égale distance, on entend à égale distance selon une tolérance de ± 10% ou ± 20% Par bordure longitudinale, on entend des bordures d'une même plaque espacées selon l'axe longitudinal X.
Selon l'axe latéral Y, les premières et deuxièmes lumières sont alignées et alternées. L'alignement des premières et deuxièmes lumières parallèlement à l'axe latéral Y permet d'optimiser la longueur thermique précédemment décrite. La longueur thermique lth correspond alors à la distance entre chaque première lumière 11 (ou chaque deuxième lumière 12), et la jonction fluidique 21, selon l'axe longitudinal X.
La disposition des premières et deuxièmes lumières dans la zone médiane de chaque plaque 10 autorise une configuration symétrique de l'empilement, par rapport à un plan médian parallèle à l'axe transversal Z et à l'axe latéral Y, passant par la zone médiane de chaque plaque. Le plan médian passe par le centre de chaque lumière et forme un plan de symétrie du dispositif. Le système de ventilation est configuré de telle sorte que l'air à refroidir, débouchant de chaque deuxième lumière 12, s'écoule dans chaque canal sec 20d, respectivement vers les deux extrémités longitudinales opposées. Entre la deuxième lumière 12 et chaque extrémité longitudinale, une jonction fluidique 21 permet à une partie de l'air refroidi d'être admis dans un canal humide 20w adjacent du canal sec. Ainsi, chaque canal sec comporte deux jonctions fluidiques 21 disposées de part et d'autre du plan médian, et de préférence agencées symétriquement l'une par rapport à l'autre. L'air admis dans le canal humide 20w s'écoule, à partir de chaque jonction fluidique 21, vers le plan médian.
L'agencement symétrique du deuxième mode de réalisation permet d'optimiser les performances du dispositif en terme de compacité et d'efficacité. Cela permet de limiter la longueur thermique lth, de façon à limiter la perte de charge, tout en augmentant la surface d'échange thermique.
L'agencement symétrique du deuxième mode de réalisation permet d'obtenir une configuration dite « massivement parallèle » : La disposition des écoulements, en parallèle, évoquée en lien avec le premier mode de réalisation est « triplement parallélisée » dans la configuration symétrique : selon l'axe Y et selon l'axe Z, mais aussi selon l'axe X. Selon l'axe X, l'air froid résultant d'un canal sec est soufflé selon deux sens opposés, parallèlement à l'axe longitudinal X.
Sur les figures 3D, on observe que la section des premières lumières 11 est réduite par rapport à la section des deuxièmes lumières 12. Le cumul des sections des premières lumières sur le cumul des sections des deuxièmes lumières peut être ajusté en fonction du ratio entre le débit d'air admis dans le canal sec et le débit d'air admis dans le canal humide, en aval de chaque canal sec.
Selon ce mode de réalisation, l'air à refroidir, en amont de chaque canal sec et l'air humide, en aval de chaque canal humide, s'écoulent parallèlement à un même axe, en l'occurrence l'axe transversal, ce qui est avantageux. Cela simplifie par exemple le raccordement de différents dispositifs entre eux, comme décrit par la suite.
Le terme « deuxième lumière » n'implique pas qu'il y ait nécessairement une première lumière. Ainsi, il est possible d'envisager une variante du premier mode de réalisation, dans laquelle chaque plaque 10 comporte une deuxième lumière 12, sans première lumière 11. L'air humide débouche de chaque canal humide selon l'axe longitudinal, et l'air sec est amené vers chaque canal sec à travers une deuxième lumière 12.
Selon une variante, l'air refroidi est extrait au centre de la plaque, tandis que les axes d'admission ou d'évacuation sont ménagés au niveau d'une bordure de la plaque. Selon cette variante :
- chaque plaque comporte une première lumière 11 et une deuxième lumière 12 agencées a proximité de chaque extrémité longitudinale ; - les jonctions fluidiques 21 entre chaque canal sec 20d et chaque canal humide 20w sont disposées entre deux deuxièmes lumières du canal sec, de préférence au niveau de la partie médiane, ou sensiblement au niveau de la partie médiane ;
- l'air à refroidir s'écoule, dans chaque canal sec 20d, à partir d'une deuxième lumière 12, vers la partie médiane de chaque plaque 10, jusqu'à une jonction fluidique 21 ;
- l'air circule, dans chaque canal humide 20w, à partir d'une jonction fluidique 21, vers une extrémité longitudinale de chaque plaque 10, jusqu'à une première lumière 11.
- l'air refroidi, résultant de chaque canal sec est collecté au niveau de la partie médiane, à travers des ouvertures pratiquées dans chaque plaque, et des passages étanches ménagés à travers chaque canal humide. L'air refroidi est collecté parallèlement à l'axe transversal Z.
Dans une telle variante, chaque canal sec s'étend entre deux arrivées d'air et une sortie froide 20d,out, la sortie froide étant située entre les arrivées d'air du canal sec, au niveau de la zone médiane. Chaque jonction fluidique 21 est agencée, entre le canal sec et un canal humide 20w adjacent du canal sec, entre les arrivées d'air et la sortie froide du canal sec. Chaque canal humide s'étend entre la jonction fluidique 21, au niveau de la partie médiane, est deux sorties humides, la jonction fluidique 21 étant disposée entre les deux sorties humides.
Une telle variante permet un agencement symétrique du dispositif, par rapport à un plan médian parallèle à l'axe transversal et passant par la zone médiane.
Les figures 4A à 4D illustrent un troisième mode de réalisation, qui comporte des caractéristiques décrites en lien avec le deuxième mode de réalisation. A la différence des modes de réalisation précédents, chaque plaque comporte au moins une troisième lumière 13, destinée à permettre une admission d'air à refroidir dans chaque canal sec 10d. Le troisième mode de réalisation est pertinent lorsque l'admission d'air l n est formée d'air puisé depuis l'extérieur de la pièce. Le dispositif peut comporter une admission d'air auxiliaire laUx, destiné à admettre de l'air puisé dans la pièce à refroidir. Le dispositif est configuré de telle sorte que l'air auxiliaire soit admis, dans chaque canal sec, en aval de l'air issu de l'admission d'air cette dernière formant alors une admission principale. La température de la pièce étant présumée moins élevée que la température à l'extérieur de la pièce, il est judicieux que le mélange entre l'air extérieur et l'air de la pièce soit effectué après que l'air extérieur a été partiellement refroidi. L'air extérieur et alors considéré à une température comparable à l'air de la pièce. Un tel mélange, réalisé à l'intérieur du dispositif, permet une augmentation de l'efficacité énergétique et thermique par rapport à une configuration selon laquelle le mélange entre l'air de la pièce et de l'air puisé à l'extérieur de la pièce serait réalisé en amont du canal sec.
Afin de permettre l'admission d'air dans différents canaux secs, deux troisièmes lumières 13 respectivement formées sur deux plaques adjacentes délimitant un même canal sec débouchent dans ce dernier. Ainsi, un canal sec 20d est en communication fluidique avec au moins une troisième lumière 13. Deux troisièmes lumières 13, alignées selon un axe d'admission auxiliaire, et respectivement formées sur deux plaques adjacentes, délimitant un même canal humide 20w, sont reliées l'une à l'autre par une paroi étanche 17, traversant le canal humide., et formant un passage étanche. La paroi étanche 17 est tubulaire, autour de l'axe d'admission auxiliaire. Dans l'exemple représenté sur les figures 4A à 4D, l'axe d'admission auxiliaire est un axe parallèle à l'axe Z. Sur la figure 4A, l'air auxiliaire est représenté en pointillés.
La désignation « axe d'admission auxiliaire » correspond au fait que l'air auxiliaire est admis, dans un canal sec, en s'écoulant selon l'axe d'admission auxiliaire, à travers une ou plusieurs parois étanches s'étendant à travers un canal humide.
De même que les passages 15 et 16, précédemment décrites, chaque passage étanche tubulaire 17 peut être obtenue par un joint étanche, ou par des protubérances locales ménagées dans les plaques, comme décrit par la suite en lien avec les figures 5A à 5D.
Chaque troisième lumière 13 est disposée, sur chaque plaque, de façon à déboucher entre la deuxième lumière 12 et la jonction fluidique 21. La troisième lumière 13 est de préférence disposée plus proche de la deuxième lumière 12 (qui forme l'admission principale d'air), que de la jonction fluidique 21. La longueur thermique lth désignant une distance, selon l'axe longitudinal, entre la deuxième lumière 12 et la jonction fluidique 21, la distance entre la troisième lumière 13 et la deuxième lumière 12 d'une même plaque peut être comprise entre 10% et 50% de la longueur thermique lth, avantageusement entre 15% et 30% de la longueur thermique lth.
Les figures 4B et 4D représentent respectivement une face sèche 10d et une face humide 10w d'une même plaque 10. Les figures 4A et 4C montrent une coupe de l'empilement dans un plan XZ passant par des lignes de coupe A-A et B-B représentées sur les figures 4B et 4D.
Le recours à une admission auxiliaire d'air permet d'ajuster un équilibre de pression dans la pièce à refroidir. Cela permet notamment d'éviter une surpression de la pièce, sous l'effet de l'air refroidi insufflé par le dispositif, en particulier lorsque l'air formant l'admission lin est puisé à l'extérieur. L'alimentation auxiliaire permet de réduire une surpression, en puisant de l'air depuis l'intérieur de la pièce. Cela permet d'éviter d'éventuelles perturbations du fonctionnement d'installations de type ventilation centralisée équipant la pièce à refroidir. Par ailleurs, une mise en surpression de la pièce à refroidir résulte en une évacuation d'une partie de l'air, refroidi par le dispositif, vers l'extérieur de la pièce, ce qui n'est pas optimal.
Quel que soit le mode de réalisation, l'air refroidi issu de chaque canal sec est avantageusement collecté, à partir de chaque sortie froide 20d,Out, par un collecteur d'air, avant d'être insufflé dans la pièce.
Bien que décrit en lien avec les figures 4A à 4D, dans une configuration symétrique, l'admission d'air auxiliaire peut être combinée avec un mode de réalisation non symétrique, par exemple le premier mode de réalisation.
Les figures 5A à 5D illustrent la formation de parois étanches entre des lumières, ménagées en vis-à-vis, sur deux plaques successives. Il peut par exemple s'agir des premières lumières 11, des deuxièmes lumières 12 et des troisièmes lumières 13 précédemment décrites. Selon une première possibilité, chaque lumière disposée en vis-à-vis est entourée d'un joint. La compression de deux joints respectivement associés à deux lumières disposées en vis-à-vis permet de former une paroi tubulaire étanche. Cette possibilité est illustrée sur les figures 5A et 5B. Selon une variante, un unique joint peut relier deux lumières opposées.
Une autre possibilité, évitant ou limitant le recours à des joints, consiste à déformer localement les plaques 10, au niveau des lumières, de façon que le contact entre les deux plaques assure un passage étanche, entre les deux lumières. Cette possibilité est illustrée sur les figures 5C et 5D. Les plaques peuvent par exemple être formée de telle sorte qu'elles se rapprochent l'une de l'autre, jusqu'à être en contact l'une avec l'autre, autour de chaque lumière. Ce type de forme peut être obtenu que le matériau soit métallique ou non métallique. Lorsque le matériau est non métallique, par exemple de type polymère les plaques peuvent être thermoformées ou moulées, de façon à obtenir la forme souhaitée.
Pour former les plaques, différents matériaux métalliques peuvent être envisagées, par exemple de l'aluminium ou du cuivre. Cependant, afin de limiter le poids du dispositif ainsi que le coût de fabrication, les plaques peuvent être formées en polymère. Les polymères présentent généralement des propriétés de conduction thermique moins favorables que certains métaux. Cependant, le dispositif 1 suppose essentiellement que la conduction thermique soit assurée à travers l'épaisseur de la plaque 10, cette dernière étant de préférence inférieure à 2 mm ou à 1 mm. Cette faible épaisseur rend possible le recours à des plaques à base de polymère, la faible épaisseur entre la face humide 10w et la face sèche 10d compensant la faible conductivité thermique. La faible conductivité thermique d'un polymère peut également constituer un avantage, en limitant la conduction de la chaleur selon l'axe longitudinal X. Cela peut permettre d'éviter qu'un échauffement d'une plaque, dû à l'air à refroidir pénétrant dans un canal sec, se propage par conduction thermique à travers la plaque, le long de l'axe longitudinal. Le polymère peut ainsi s'étendre à partir de la face sèche. Il peut s'étendre jusqu'à la face humide ou être recouvert par un matériau ou une structure capillaire propice au mouillage de la face humide.
Le recours à des matériaux en polymère permet également de réduire significativement la masse du dispositif. Cela permet également de former des plaques par thermoformage, comme décrit en lien avec les figures 5C et 5D.
Selon un mode de réalisation, les faces sèches peuvent comporter des ailettes, formant des protubérances, et augmentant la surface d'échange entre la face sèche et l'air à refroidir. Il en est de même de la face humide.
Quel que soit le mode de réalisation, le dispositif peut être agencé par modules, chaque module comportant une quantité de plaques déterminée. L'écoulement de l'air à refroidir et de l'air humidifié, selon l'axe transversal Z, favorise les raccordements entre des modules identiques. La concaténation de modules permet d'ajuster la puissance du dispositif. Un collecteur intermédiaire, collectant l'air à refroidir, en amont d'un canal sec, et l'air humide, en aval d'un canal humide, peut être disposé entre les deux modules. La disposition modulaire est facilitée dans les configurations selon lesquelles l'air à refroidir, l'air humide résultant des canaux humides et l'éventuel air auxiliaire s'écoulent parallèlement à l'axe transversal Z.
Quel que soit le mode de réalisation, l'alimentation en eau de chaque face humide peut être effectuée en utilisant un réservoir fixe, relié à chaque face humide par une liaison fluidique ou capillaire. L'eau peut gagner chaque face humide par pompage ou par écoulement gravitaire.
Quel que soit le mode de réalisation, des entretoises, non représentées sur les figures annexées, peuvent être disposées de façon à conserver l'espacement entre deux plaques adjacentes aussi constant que possible.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif (1) de climatisation à refroidissement indirect par évaporation, le dispositif étant destiné à insuffler de l'air refroidi dans une pièce, le dispositif comportant :
- une admission d'air (lin), destinée à collecter de l'air à refroidir ;
- une pluralité de plaques (10), formant un empilement, chaque plaque comportant une face sèche (10d) opposée à une face humide (10w), la face humide de chaque plaque étant configurée pour être mouillée par de l'eau, chaque plaque étant destinée à être refroidie sous l'effet d'une évaporation d'eau, à partir de la face humide ;
- un système de ventilation ; le dispositif étant tel que :
- deux plaques adjacentes sont espacées l'une de l'autre, selon un axe transversal (Z), de façon à former un canal, le canal étant :
• soit un canal sec (20d), délimité par deux faces sèches (10d) de deux plaques adjacentes,
• soit un canal humide (20w), délimité par deux faces humides (10w) de deux plaques adjacentes ;
- les plaques sont disposées de façon à former une alternance entre canaux secs et canaux humides, chaque canal sec étant adjacent d'un canal humide, deux canaux respectivement sec et humide adjacents étant reliés par une jonction fluidique (21);
- chaque canal sec (20d) s'étend, selon un axe longitudinal (X), entre une arrivée d'air (20d,in), reliée à l'admission d'air (lin), et une sortie froide (20d,Out), la sortie froide étant destinée à une évacuation d'air refroidi suite à l'écoulement de l'air dans le canal sec ;
- chaque jonction fluidique (21) reliant un canal sec et un canal humide est disposée au niveau de la sortie froide du canal sec (20d,Out) ou entre l'arrivée d'air (20d,in) et la sortie froide du canal sec;
- chaque canal humide (20w) s'étend selon l'axe longitudinal, entre la jonction fluidique (21) et une sortie humide (20w,out), la sortie humide étant destinée à une évacuation d'air humidifié suite à l'écoulement dans le canal humide ; le dispositif étant caractérisé en ce que :
- chaque canal humide comporte plusieurs sorties humides (20w out, 11), réparties selon un axe latéral (Y), perpendiculaire à l'axe longitudinal (X) et à l'axe transversal (Z) ;
- et/ou chaque canal sec comporte plusieurs arrivées d'air (20d,in, 12), réparties selon un axe latéral (Y), perpendiculaire à l'axe longitudinal (X) et à l'axe transversal (Z).
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel :
- chaque canal humide comporte plusieurs sorties humides (20w,out, 11), réparties selon l'axe latéral (Y), perpendiculaire à l'axe longitudinal (X) et à l'axe transversal (Z) ;
- chaque plaque comporte plusieurs premières lumières (11), débouchant dans un canal humide, et formant des sorties humides du canal humide, des premières lumières de différentes plaques s'étendant autour d'un axe d'évacuation (Z), l'axe d'évacuation étant sécant de chaque plaque (10);
- deux premières lumières formées respectivement sur deux plaques, délimitant un même canal humide (20w), débouchent dans ce dernier ;
- les premières lumières formées respectivement sur deux plaques, délimitant un même canal sec (20w), sont reliées l'une à l'autre par un passage étanche (15) traversant ledit canal sec, de façon à bloquer un passage d'air dans le canal sec ;
- de telle sorte que l'air, après s'être écoulé le long d'un canal humide (10w), peut être évacué successivement à travers des passages étanches (15) respectivement ménagés, entre deux premières lumières, à travers différents canaux secs (20d).
3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel au moins un passage étanche (15) à travers un canal sec est formé d'au moins un joint s'étendant entre deux premières lumières (11) formées dans les plaques (10) délimitant ledit canal sec.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, dans lequel deux plaques délimitant un canal sec se rapprochent l'une de l'autre, au niveau de leurs premières lumières respectives (11), le passage étanche à travers le canal sec étant formé par un contact entre les deux plaques, autour des premières lumières.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans laquelle chaque plaque comporte plusieurs premières lumières, réparties selon l'axe latéral (Y).
6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel :
- chaque canal sec s'étend, entre l'arrivée d'air (20d,in, 12) et une jonction fluidique (21), selon une longueur thermique (Ztft);
- la distance, selon l'axe latéral (Y), entre deux premières lumières adjacentes ménagées sur une même plaque, est inférieure à 50% de la longueur thermique ou à 40% de la longueur thermique ou à 30% de la longueur thermique.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel :
- chaque plaque comporte une deuxième lumière (12), les deuxièmes lumières des plaques s'étendant autour d'un axe d'admission (Z), l'axe d'admission étant sécant de chaque plaque ;
- les deuxièmes lumières formées respectivement sur deux plaques, délimitant un même canal sec (20d), débouchent dans ce dernier ;
- les deuxièmes lumières formées respectivement sur deux plaques, délimitant un même canal humide, sont reliées l'une à l'autre par un passage étanche (16) traversant ledit canal humide, de façon à bloquer un passage d'air dans le canal humide ;
- une deuxième lumière (12), débouchant dans un canal sec (20d), forme une entrée d'air dans le canal sec ;
- de telle sorte que l'air peut être admis dans chaque le canal sec, successivement à travers les passages étanches respectivement ménagés, entre deux deuxièmes lumières, à travers différents canaux humides.
8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel au moins un passage étanche (16) à travers un canal humide est formé d'au moins un joint s'étendant entre deux deuxièmes lumières formées dans les plaques délimitant ledit canal humide.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, dans lequel deux plaques délimitant un canal humide se rapprochent l'une de l'autre, au niveau de leurs deuxièmes lumières respectives, le passage étanche à travers le canal humide étant formé par un contact entre les deux plaques, autour des deuxièmes lumières.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, dans laquelle chaque plaque comporte plusieurs deuxièmes lumières (12), réparties selon l'axe latéral (Y).
11. Dispositif selon la revendication 10, dans lequel :
- chaque canal sec s'étend, entre l'arrivée d'air (20d,in, 12) et une jonction fluidique (21), selon une longueur thermique (Ztft);
- la distance, selon l'axe latéral (Y), entre deux deuxièmes lumières adjacentes ménagées sur une même plaque, est inférieure à 50% de la longueur thermique ou à 40% de la longueur thermique ou à 30% de la longueur thermique.
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, dans lequel le dispositif comporte une admission auxiliaire (laux), destinée à admettre de l'air présent dans la pièce, le dispositif étant tel que :
- chaque plaque comporte une troisième lumière (13), les troisièmes lumières des plaques s'étendant autour d'un axe auxiliaire (Z), l'axe auxiliaire étant sécant de chaque plaque ;
- deux troisièmes lumières formées respectivement sur deux plaques, délimitant un même canal sec, débouchent dans ce dernier ;
- les troisièmes lumières formées respectivement sur deux plaques, délimitant un même canal humide (20w), sont reliées l'une à l'autre par un passage étanche (17) traversant ledit canal humide, de façon à bloquer un passage d'air dans le canal humide ;
- au moins une troisième lumière, est reliée à l'admission auxiliaire ;
- chaque troisième lumière d'une plaque débouche, dans un canal sec, entre une deuxième lumière (12) ménagée dans la plaque et la jonction fluidique (21);
- de telle sorte que l'air auxiliaire, provenant de la pièce à refroidir, peut être admis, à partir de la troisième lumière, dans chaque canal sec, successivement à travers les passages étanches (17) respectivement ménagés, entre deux troisièmes lumières, à travers chaque canal humide, une troisième lumière délimitant chaque canal sec formant une arrivée d'air auxiliaire dans le canal sec.
13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel : - chaque plaque s'étend, selon l'axe longitudinal (X), entre deux extrémités longitudinales ;
- chaque plaque comporte une zone médiane, située à égale distance entre les deux extrémités longitudinales ;
- l'empilement est symétrique par rapport à un plan médian, parallèle à l'axe transversal et passant par la zone médiane de plusieurs plaques.
14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel :
- chaque plaque (10) s'étend, selon l'axe longitudinal (X), entre deux extrémités longitudinales;
- au moins un canal sec (20d) s'étend, à partir d'une arrivée d'air (20d n), vers deux extrémités longitudinales, l'arrivée d'air étant disposée entre les extrémités longitudinales; - le canal sec comporte, entre l'arrivée d'air et chaque extrémité longitudinale, ou au niveau de chaque extrémité longitudinale, une jonction fluidique (21) avec un canal humide (20w);
- le canal humide (20w) s'étend entre chaque jonction fluidique et une sortie humide, la sortie humide étant disposée entre les jonctions fluidiques (21).
15. Dispositif selon la revendication 14, dans lequel dans chaque canal sec, l'arrivée d'air débouche dans une zone médiane de chaque plaque, à égale distance par rapport à chaque extrémité longitudinale.
16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel :
- chaque plaque (10) s'étend, selon l'axe longitudinal (Z), entre deux extrémités longitudinales;
- au moins un canal sec (20d) s'étend entre deux arrivées d'air (20d,in) et une sortie froide (20d,out), la sortie froide étant située entre les arrivées d'air du canal sec ;
- une jonction fluidique (21) est agencée, entre le canal sec et un canal humide (20w) adjacent du canal sec, entre les arrivées d'air et la sortie froide (20d,Out), ou au niveau de la sortie froide ;
- au moins un canal humide (20w) s'étend entre la jonction fluidique est deux sorties humides, la jonction fluidique (21) étant disposée entre les deux sorties humides (20w,out).
17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque plaque est formée d'un matériau comportant un polymère.
18. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel l'épaisseur de chaque plaque est inférieure à 2 mm ou à 1 mm.
19. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel :
- le dispositif s'étend, selon l'axe latéral, entre deux extrémités latérales, formant une largeur (L);
- chaque canal sec s'étend, entre l'arrivée d'air et la jonction fluidique, selon une longueur thermique (lth);
- la largeur est au moins 1,5 fois supérieure à la longueur thermique.
20. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel : - le dispositif s'étend, selon l'axe transversal, entre deux extrémités transversales, formant une hauteur (h)
- chaque canal sec s'étend, entre l'arrivée d'air et la jonction fluidique, selon une longueur thermique (lth); - la hauteur est au moins 1,5 fois supérieure à la longueur thermique.
21. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque face humide (10w) est reliée à une alimentation en eau par une liaison fluidique ou capillaire.
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