FR2595795A1 - Capillary water evaporator element - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a water evaporator element obtained by forming an agglomerate of powders and light sintering, the porous agglomerate conveying the water by capillary action in favoured irrigation veins or zones through the material, until its distribution to the "air/water" exchange surface, before evaporation in an air flow. The element has rigid blades 1 which constitute the evaporation zone for the water and are connected in the example by a central blade 2 which is also an evaporator element but the different porosity of which makes it possible also to irrigate the central zone of the blades 1. The assembly formed is surrounded by a capillary band 3 for supplying water which ends in a water intake 4 immersed in a reserve or connected to an intermediate water network. Evaporator element intended for humidifying an air flow or cooling an associated exchanger.

Description

La présente invention concerne un élément évaporateur d'eau capillaire. The present invention relates to a capillary water evaporator element.

L'évaporation de l'eau est utilisée pour humidifier un flux d'air ou refroidir un échangeur associé. Evaporation of water is used to humidify an air flow or cool an associated exchanger.

Le transfert de l'eau dans l'air peut être réalisé suivant plusieurs techniques: soit par évaporation directement à la surface libre du liquide; soit par évaporation sur une surface humidifiée par ruissellement ou capillarité; soit par pulvérisation d'eau dans un flux d'air; soit par production et diffusion de vapeur d'eau directement dans l'air. L'évaporation à la surface libre d'une réserve d'eau n'offre pas un trés bon rendement d'échange naturel "air-eau". Cette réserve d'eau accrochée nécessairement verticalement à un émetteur de chaleur à eau chaude installé dans le local, présente une autonomie de fo-nctionnement limitée. Pour être durable et conduire la chaleur favorable à 1 'évaporation,cette réserve d'eau est construite en terre cuite ou en faïence.Le poids de l'élément rempli d'eau et l'encombrement en façade d'un émetteur de chaleur limitent les dimensions de la surface libre du liquide. The transfer of water into the air can be carried out according to several techniques: either by evaporation directly on the free surface of the liquid; either by evaporation on a surface moistened by runoff or capillarity; either by spraying water into an air flow; either by production and diffusion of water vapor directly into the air. Evaporation on the free surface of a water reserve does not offer a very good natural "air-water" exchange yield. This reserve of water necessarily attached vertically to a hot water heat emitter installed in the room, has a limited operating autonomy. To be durable and conduct heat favorable to evaporation, this water reserve is built in terracotta or earthenware. The weight of the element filled with water and the size of the front of a heat emitter limit the dimensions of the free surface of the liquid.

L'évaporatiorl ue l'eau sur unesurface humidifiée est, par les dimensions plus importantes que la solution précédante, une amélioration du rendement. Une feuille capillaire, plongeant en partie dans un réservoir d'eau et tendue sur une grille, constitue un humidificateur d'air, également accroché verticalement à un émetteur de chaleur principalement à eau chaude. La fragilité de la feuille capillaire,généralement du papier buvard et les marques disgracieuses de la diffusion capillaire sur un matériau initialement clair, nécessite une grille de protection. Ensemble, de dimensions plus importantes et plus e'lancées qu'un simple réservoir d'eau, ne peut utiliser des matériaux fragiles et lourds comme la terre cuite ou la faïence.Les matières plastiques employées n'offrent pas une bonne conduction de la chaleur favorable à l'évaporation de l'eau du réservolr.ouvert. La fragilité du papier buvard à la déchirure sous son propre poids humide, limite les dimensions verticales de l'élément évaporateur, ce qui ne lui autorise pour sa présentation que de simples formes rectangulaires. Le blême principe est exploité dans une centrale de traitement d'air. La surface humidifiée cette fois par ruissellement, présente une surface développée favorable à un échange "air-eau" . L'ensemble constitué de plaques formées et traversées par un flux d'air ,doit offrir des pertes de charge aussi réduites que possible.Pour limiter la consommation d'eau et utiliser au mieux la chaleur sensible récupérée, il est nécessaire de prévoir le recyclage de l'eau ainsi qu'un asservissement de fonctionnement avec le réseau d'air.L'évaporation obtenue de cette manière offre des performances plus importantes, autorise le contrôle et l'ajustement du degré d'humidité relative, mais constitue un traitement dynamique de l'air, traitement consommateur d'énergie de fonctionnement et nécessite une énergie électrique auxiliaire.Une autre techniqUe consiste à fragmenter l'eau en de fines gouttelettes dans l'air. L'ensemble des fines particules obtenues dégage une surface développée d'échange importante. Ce traitement central,situé dans un réseau de gaine de soufflage d'air ou utilisé directement dans le local, constitue également un système de traitement dynamique de l'air.Une autre solution assiste à produire directement de la vapeur d'eau dans l'air. La quantité de chaleur nécessaire à la vaporisation est fournie par des électrodes ^ un générateur à ultra-son. Le matériel utilisé s'intègre dans un système de traitement d'air dynamique consommateur d'énergie, nécessite également une régulation de la production de vapeur aux caractéristiques désirées de l'air. The evaporation of water on a humidified surface is, by the dimensions larger than the preceding solution, an improvement in yield. A capillary sheet, partially submerged in a water tank and stretched over a grid, constitutes an air humidifier, also hung vertically on a heat emitter mainly with hot water. The fragility of the capillary sheet, generally blotting paper and the unsightly marks of capillary diffusion on an initially clear material, requires a protective grid. Together, larger and more slender than a simple water tank, can not use fragile and heavy materials such as terracotta or earthenware. The plastics used do not offer good heat conduction favorable for the evaporation of water from the open tank. The fragility of the blotting paper to tear under its own wet weight, limits the vertical dimensions of the evaporator element, which allows for its presentation only simple rectangular shapes. The pale principle is exploited in an air handling unit. The surface humidified this time by runoff, has a developed surface favorable to an "air-water" exchange. The assembly consisting of plates formed and traversed by an air flow, must offer pressure drops as reduced as possible. To limit water consumption and make the best use of the sensible heat recovered, it is necessary to plan for recycling. of water as well as a function control with the air network. Evaporation obtained in this way offers greater performance, allows the control and adjustment of the relative humidity level, but constitutes a dynamic treatment air, a treatment that consumes operating energy and requires auxiliary electrical energy. Another technique consists in breaking up water into fine droplets in the air. All of the fine particles obtained give off a large developed exchange surface. This central treatment, located in an air supply duct network or used directly in the room, also constitutes a dynamic air treatment system. Another solution assists in directly producing water vapor in the air. The amount of heat required for vaporization is supplied by electrodes ^ an ultrasonic generator. The equipment used is integrated in a dynamic air treatment system consuming energy, also requires regulation of the production of steam with the desired characteristics of the air.

L'élément évaporateur selon l'invention utilise le phénomène de diffusion capillaire dans un matériau poreux, pour véhiculer l'eau de remplacement à la surface d'échange "air-eau" de celui-ci. The evaporator element according to the invention uses the phenomenon of capillary diffusion in a porous material, to convey the replacement water to the "air-water" exchange surface thereof.

I1 est constitué d'un aggloméré rigide de matériaux pulvérulents légèrement fritté,à granulométrie choisie unique ou différente, présentant ainsi des zones de densité et porosité variées. Les poudres utilisées sont choisies dans le même matériau ou dans des matériaux à comportements thermiques différents, ce qui donne alors à l'évaporateur la possibilité de présenter un comportement capillaire variable en fonction de la charge thermique du matériau. It consists of a rigid agglomerate of slightly sintered pulverulent materials, with a particle size chosen to be unique or different, thus having zones of varying density and porosity. The powders used are chosen from the same material or from materials with different thermal behaviors, which then gives the evaporator the possibility of exhibiting variable capillary behavior as a function of the thermal load of the material.

La forme de l'élément évaporateur rigide dépend essentiellement des limites de façonnage des poudres utilisées et d'usinage après élaboration. Des fils métalliques inoxydables peuvent constituer une armature interne rigide de l'élément évaporateur. Des fibres inertes, à point de fusion élevé, incorpores pendant l'élaboration du mélange des poudres, augmentent également la résistance mecanique par une meilleure répartition des renforts dans le matériau. Ce deuxième traitement réduit la rupture fragile du matériau. Des grains de couleurs différentes autorisent tout dessin dans la masse. Des poudres dont la couleur change en présence d'eau, utilisées dans la masse ou simplement en revêtement de surface, revelent les zones mouillées par diffusion capillaire.Pour stopper la capillrité qui pourrait se développer au contact d'autres matériaux, l'élément évaporateur reçoit un revêtement externe etanche à l'eau . L'élément évaporateur présente des nervures ou zones de passage privilégiées qui distribuent l'eau d'alimentation avec un débit suffisant pour irriguer les zones superficielles terminales d'évaporation. Ces nervures ou zones d'irrigation sont structurées en arborescence, en réseau maillé ou la combinaison des deux.Pour obtenir une quantité d'eau évaporee importante, l'évaporateur presente une surface déve
lopée en conséquence. Ce résultat est obtenu par l'emploi de plusieurs éléments capillaires de forme élementaire ou complémentaire.Chaque élément évaporateur puise son eau d'alimentation soit directement dans leur propre réservoir solidaire ou par l'intermédiaire d'un rc?ii capillaire sur lequel il peut être connecté ou également sur un réseau d'eau sous pression. L'évaporateur selon l'invention présente une surface développée d'évaporation qui peut être indépendante de l'autonomie de fonctionnement et de la géométrie du support, une rigidité et résistance suffisante qui ne nécessite pas une protection mécanique rapportée ; autorise des formes et dimensions variées compatibles.avec les limites physiques du phénomène capillaire; réduit les traces superficielles d'évaporation par un choix approprié des couleurs; fonctionne sans régulation, directement en fonction des disponibilites d'échange "air-eau"; ne consomme aucune énergie de fonctionnement; peut constituer un élément indépendant ou centralisé de transfert d'humidité dans l'air; permet de juger visuellement de l'importance du phénomène d'humidification du matériau.The shape of the rigid evaporator element depends essentially on the limits of shaping of the powders used and of machining after preparation. Stainless steel wires can constitute a rigid internal reinforcement of the evaporator element. Inert fibers, with a high melting point, incorporated during the preparation of the powder mixture, also increase the mechanical resistance by a better distribution of the reinforcements in the material. This second treatment reduces the fragile rupture of the material. Grains of different colors allow any drawing in the mass. Powders whose color changes in the presence of water, used in the mass or simply as a surface coating, reveal wet areas by capillary diffusion. To stop the capillarity which could develop in contact with other materials, the evaporator element receives an external waterproof coating. The evaporator element has privileged ribs or passage zones which distribute the feed water with a sufficient flow rate to irrigate the terminal surface zones of evaporation. These ribs or irrigation areas are structured in a tree structure, a mesh network or a combination of the two. To obtain a large quantity of evaporated water, the evaporator presents a developed surface.
lopée accordingly. This result is obtained by the use of several capillary elements of elementary or complementary form. Each evaporator element draws its supply water either directly from their own integral reservoir or by means of a capillary rc? Ii on which it can be connected or also on a pressurized water network. The evaporator according to the invention has a developed evaporation surface which can be independent of the operating autonomy and of the geometry of the support, sufficient rigidity and resistance which does not require added mechanical protection; authorizes various shapes and sizes compatible with the physical limits of the capillary phenomenon; reduces the surface traces of evaporation by an appropriate choice of colors; works without regulation, directly according to the availability of "air-water"exchange; consumes no operating energy; can be an independent or centralized element for transferring humidity into the air; allows to visually judge the importance of the phenomenon of humidification of the material.

Les dessins annexés illustrent l'invention dans des compositions et usages différents:
La figure 1 représente un élément évaporateur sous forme de grille avec une alimentation interne en réseau maillé.The attached drawings illustrate the invention in different compositions and uses:
FIG. 1 represents an evaporator element in the form of a grid with an internal supply in a mesh network.

La figure 2 représente 1., (ullpe de la figure 1 suivant A-A La figure 3 illustre 1 , t 'I !)rés kntant une alimentation d'eau en réseau arborescent,utilisé également comme élément constitutif d'une grille d'humidification, placée dans un flux d'air. FIG. 2 represents 1., (ullpe of FIG. 1 according to AA FIG. 3 illustrates 1, t 'I!) Res kntant a water supply in a tree network, also used as a constituent element of a humidification grid, placed in an air flow.

La figure 4 présente l'évaporateur en tant qu'élément rigide enrobant un échangeur de chaleur tubulaire. Figure 4 shows the evaporator as a rigid element encasing a tubular heat exchanger.

L'élément représenté sur la figure 1 comporte des lames (1) constituant la zoned'évaporaticn d. l'eau, rclines par une lame centrale (2), également élément évaporateur, mais aussi canal d'irrigation complémentaire de la zone centrale des lames (1). L'ensemble constitué est ceinturé d'une bande capillaire (3) d'alimentation d'eau terminée par une prise d'eau (4) plongeant dans une reserve d'eau ou connectée sur un réseau intermédaire d'alimentation. La ceinture d'alimentation capillaire interne (3) n'etant pas placée directement dans le flux d'air et au contact possible avec d'autres matériaux, reçoit un revêtement étanche (5). The element shown in Figure 1 has blades (1) constituting the evaporative zone d. water, rclines by a central blade (2), also evaporator element, but also irrigation channel complementary to the central zone of the blades (1). The assembly is surrounded by a capillary strip (3) of water supply terminated by a water intake (4) immersed in a water reserve or connected to an intermediate supply network. The internal capillary supply belt (3) not being placed directly in the air flow and in possible contact with other materials, receives a waterproof coating (5).

L'ensemble est réalisé par agglomération à froid d'une poudre par pressage et ensuite léger frittage de celui-ci pour lui conserver son réseau interne caverneux et communicant. Avant refroidissement la périphérie de la grille passe dans un bain de poudre thermoplastique pour réaliser le revêtement étanche. Avant formage, les renforts métalliires (6) peuvent être positionnés dans le moule.The whole is made by cold agglomeration of a powder by pressing and then light sintering thereof to preserve its internal cavernous and communicating network. Before cooling, the periphery of the grid passes through a bath of thermoplastic powder to produce the waterproof coating. Before forming, the metal reinforcements (6) can be positioned in the mold.

L'eau arrive dans la prise d'eau (4), irrigue les lames centrales (1) par diffusion à travers la zone périphérique (3).The water arrives in the water intake (4), irrigates the central blades (1) by diffusion through the peripheral zone (3).

La figure 3 représente une variante du cheminement de l'eau d'alimentation. De la prise d'eau (4) dans un réservoir ou sur un réseau intermédiaire, l'eau chemine par diffusion capillaire à travers une zone de répartition (3) jusqu'aux lames évaporatrices (1). Figure 3 shows a variant of the feed water flow. From the water intake (4) in a tank or on an intermediate network, the water travels by capillary diffusion through a distribution zone (3) to the evaporator blades (1).

La figure 4 présente l'élément évaporateur sous forme de deux demi coquilles (7) et (8), enrobant un échangeur de chaleur tubulaire (9) dans cet exemple. L'ensemble dessiné qui peut présenter des surfaces d'échange "air-eau" augmentées par des ailettes façonnées dans la masse du matériau,est démontable et posède deux alimentations séparées d'eau (10) et (11). Figure 4 shows the evaporator element in the form of two half-shells (7) and (8), coating a tubular heat exchanger (9) in this example. The drawn assembly which can have "air-water" exchange surfaces augmented by fins shaped in the mass of the material, is removable and has two separate water supplies (10) and (11).

La liberté d'utilisation des matériaux permet de les employer sous forme d'élémentsrésistants mécaniquement et élancés tel que des grilles ou plaques minces. Employées comme élément humidifica teur,celles-ci placées dans un flux d'air n'offrent que peu de pertes de charge. Ces grilles peuvent constituer un élément de protection et un élément de répartition du flux d'air en bout de gaine de ventilation tout en étant un élément actif du traitement d'air ou alors être intégrées dans une centrale. Ces grilles capillaires associées à une réserve d'eau constituent des éléments évaporateurs indépendants lorsqu'elles sont pUbiLiurlllées uoUb le flux d'air d'un émetteur de chaleur du type convecteur,même si celui-ci ne présente pas d'inertie thermique importante.Cette grille positionnée dans le jet d'air d'un ventilateur hélicoide indépendant du type brasseur d'air suspendu ou oscillant sur pied constitue un moyen statique pour rafraichir l'air par évaporation. The freedom to use the materials makes it possible to use them in the form of mechanically resistant and slender elements such as grids or thin plates. Used as a humidifying element, these placed in an air flow offer only little pressure drop. These grids can constitute a protective element and an element for distributing the air flow at the end of the ventilation duct while being an active element in the air treatment or else be integrated in a central unit. These capillary grids associated with a water reserve constitute independent evaporating elements when they are puBiLiurlllated uoUb the air flow of a heat emitter of the convector type, even if the latter does not have significant thermal inertia. This grid positioned in the air jet of an independent helical fan of the suspended or oscillating air fan type constitutes a static means for cooling the air by evaporation.

L'évaporateur utilisé dans une version plane rigide et résistante offre une grande liberté de choix de surfaces. L'évaporateur positionné sur un émetteur de chaleur de type radiateur à eau chaude ,constitue un humidificateur participant directement par son dessin à la décoration intérieure du local. En ajoutant dans l'eau d'alimentation un produit odorant, l'évaporateur diffuse l'odeur dans le flux d'air. Cet aggloméré capillaire évaporateur mis en forme et utilisé sous forme de plaque ou coquille de revëtement d'un élément constitutif d'un réseau d'air ou de fluide, constitue une source froide qui transmettra à son support par conduction,de l'énergie produite par l'évaporation de l'eau. Cet échangeur de chaleur fournit de l'eau refroidie par un procédé statique,ou rafraichit un flux d'air dans un réseau de climatisation. The evaporator used in a rigid and resistant flat version offers great freedom of choice of surfaces. The evaporator positioned on a heat emitter of the hot water radiator type constitutes a humidifier directly participating in its design in the interior decoration of the room. By adding an odorant to the supply water, the evaporator diffuses the odor into the air flow. This evaporative capillary agglomerate shaped and used in the form of a plate or shell for coating an element constituting an air or fluid network, constitutes a cold source which will transmit to its support by conduction, the energy produced. by the evaporation of water. This heat exchanger provides water cooled by a static process, or refreshes an air flow in an air conditioning network.

Claims (10)

REVENDICATIONS 1) Elément évaporateur d'eau dans l'air caractérisé en ce qu'il est constitué d'un aggloméré formé et fritté de poudre développant une texture poreuse rigide qui assure un mouvement capillaire dans des zones ou nervures d'irrigation privilégiées à travers le matériau Jusqu'à la répartition du liquide à ia surface d'échange "air-eau" avant son évaporation de cette surface placée directement dans le flux d'air 1) Water-in-air evaporator element characterized in that it consists of an agglomerate formed and sintered with powder developing a rigid porous texture which ensures capillary movement in preferred irrigation zones or ribs through the material Until the liquid is distributed on the "air-water" exchange surface before its evaporation from this surface placed directly in the air flow 2) Elémént évaporateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'emploi sans mélange, de poudres de granulométries différentes, définit des zones à porosités variées 2) evaporator element according to claim 1 characterized in that the use, without mixing, of powders of different particle sizes, defines zones with varied porosities 3) Elément évaporateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'emploi d'un mélange de produits en poudre possédant des coefficients de dilatation thermique differents,lui donne une porosite ouverte variable en fonction de la charge thermique du matériau. 3) evaporator element according to claim 1 characterized in that the use of a mixture of powdered products having different coefficients of thermal expansion, gives it a variable open porosity depending on the thermal load of the material. 4) Elément évaporateur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que des fils métalliques inoxydables constituent un renforcement mécanique interne 4) evaporator element according to any one of the preceding claims, characterized in that stainless steel wires constitute internal mechanical reinforcement 5) Elémént évaporateur selon l'une quelconque des revendications précédentes caracterisée en ce que l'incorporation dans la poudre, de fibres à point de fusion supérieur à la température de frittage, constitue un renforcement mécanique réparti 5) evaporator element according to any one of the preceding claims, characterized in that the incorporation into the powder, of fibers with a melting point higher than the sintering temperature, constitutes a distributed mechanical reinforcement 6) Elément évaporateur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la couleur de la poudre utilisée constitue la couleur de fond de l'élément  6) evaporator element according to any one of the preceding claims, characterized in that the color of the powder used constitutes the background color of the element 7) Elément évaporateur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'incorporation de poudre à changemment de couleur en présence d'eau ,dans des zones définies ,permet par l'observation de ce changement de teinte ,de juger de l'importance de l'humidification du matériau 7) evaporator element according to any one of the preceding claims, characterized in that the incorporation of powder with color change in the presence of water, in defined zones, makes it possible, by observing this change in color, to judge the importance of humidifying the material 8) Elément évaporateur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'un revétement étanche à l'eau recouvre les parties en contact avec d'autres matériaux étrangers 8) evaporator element according to any one of the preceding claims, characterized in that a waterproof coating covers the parts in contact with other foreign materials 9) Elément évaporateur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le corps de celui-ci plonge directement dans l'eau de son réservoir  9) evaporator element according to any one of the preceding claims, characterized in that the body of the latter plunges directly into the water of its tank REVENDICATIONS (suite) CLAIMS (cont'd) 10) Eléént évaporateur selon l'une des revendications 1 ou 2 ou 3 ou 4 ou 5 ou 6 ou 7 ou 8 caractérisé en ce que l'alimentation en eau est assurée par la connexion du corps de l'évaporateur sur un réseau intermédiaire sous pression ou également capillaire  10) Evaporator element according to one of claims 1 or 2 or 3 or 4 or 5 or 6 or 7 or 8 characterized in that the water supply is ensured by connecting the body of the evaporator to an intermediate network under pressure or also capillary
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