FR2669407A1

FR2669407A1 - System for lowering the temperature in a free space

Info

Publication number: FR2669407A1
Application number: FR9014461A
Authority: FR
Inventors: Mellini Didier
Original assignee: SEREQUIP SIGE INGENIERIE REALI
Current assignee: SEREQUIP SIGE INGENIERIE REALI
Priority date: 1990-11-20
Filing date: 1990-11-20
Publication date: 1992-05-22
Anticipated expiration: 2010-11-20
Also published as: FR2669407B1

Abstract

The system is characterised in that it comprises a plurality of atomising nozzles for micro-droplets of water (12), the axis of which forms an angle of +- 30 DEG with the horizontal at a height (h) above the ground at least equal to 2.5 m, means for feeding said nozzles with compressed air (18, 20, 22) and with water (24, 26, 28), and means (32, 34, 27) for controlling the flow of water supplied by each nozzle to keep the relative humidity of the ambient air below 75% and to bring about the desired lowering of the temperature.

Description

SYSTEME D'ABAISSEMENT DE LA TEMPERATURE EN ESPACE LIBRE
La présente invention concerne un système d'abaissement de la température en espace libre.SYSTEM FOR LOWERING THE TEMPERATURE IN FREE SPACE
The present invention relates to a system for lowering the temperature in free space.

De façon plus précise, l'invention concerne un système qui permet d'abaisser la température de l'air dans un espace non clos, c'est-à-dire à l'air libre. More specifically, the invention relates to a system which makes it possible to lower the temperature of the air in an unclosed space, that is to say in the open air.

Les systèmes de régulation de température, notamment de refroidissement d'un espace clos tel qu'une habitation, un hall, une cave, etc., sont bien connus. Ils consistent le plus souvent dans la mise en circulation d'air à une température convenable pour amener l'ensemble de la masse d'air contenue dans l'espace clos à la température souhaitée. Lorsque l'espace à refroidir n'est pas clos le problème est plus délicat. Une telle situation peut se présenter dans des pays tempérés en périodes chaudes ou dans des pays chauds lorsqu'on veut diminuer la température ambiante dans une zone d'espace limitée telle qu'une terrasse de restaurant ou une cour intérieure d'immeuble ou encore une place publique où doivent se dérouler des activités de plein air.Par espace non clos, il faut aussi comprendre un espace partiellement clos de grand volume avec une communication permanente avec l'extérieur, tel qu'un hangar aéroportuaire. Temperature control systems, in particular for cooling an enclosed space such as a dwelling, a hall, a cellar, etc., are well known. They most often consist in the circulation of air at a suitable temperature to bring the entire mass of air contained in the enclosed space to the desired temperature. When the space to be cooled is not closed, the problem is more delicate. Such a situation can arise in temperate countries in hot periods or in hot countries when you want to reduce the ambient temperature in an area of limited space such as a restaurant terrace or a building interior courtyard or even a public place where outdoor activities must take place. By non-enclosed space, it must also include a partially enclosed space of large volume with permanent communication with the outside, such as an airport hangar.

Pour résoudre ce problème, une première solution consiste à prévoir des bouches à air soufflant de l'air frais. Cette solution est d'une efficacité limitée, tout en nécessitant des débits considérables. En outre, son effet est désagréable pour les personnes qui se trouvent à proximité des bouches à air. To solve this problem, a first solution consists in providing air vents blowing fresh air. This solution is of limited effectiveness, while requiring considerable throughputs. In addition, its effect is unpleasant for people who are near the air vents.

Une autre solution consiste à implanter dans le sol des canalisations dans lesquelles on fait circuler un liquide de refroidissement. L'effet est limité et l'implantation d'un tel système nécessite des travaux importants et onéreux et peut conduire à des phénomènes de condensation. Another solution is to install pipes in the ground through which a coolant is circulated. The effect is limited and the installation of such a system requires significant and expensive work and can lead to condensation phenomena.

Un objet de l'invention est de fournir un système de refroidissement de l'air ambiant dans u n espace non clos qui remédie aux inconvénients des solutions mentionnées ci-dessus. An object of the invention is to provide a system for cooling the ambient air in an unclosed space which overcomes the drawbacks of the solutions mentioned above.

Pour atteindre ce but, le système d'abaissement de la température d'un espace non clos se caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de buses d'atomisation de micro-gouttelettes dont l'axe fait un angle de +300 avec l'horizontale à une hauteur au-dessus du sol au moins égale à 2,50 m, des moyens pour alimenter en air comprimé et en eau lesdits diffuseurs et des moyens pour régler le débit d'eau fourni par chaque buse pour maintenir le degré hygrométrique de l'air ambiant inférieur à 75% et pour obtenir l'abaissement de température souhaité. To achieve this goal, the system for lowering the temperature of an unclosed space is characterized in that it comprises a plurality of micro-droplet atomization nozzles whose axis makes an angle of +300 with l 'horizontal at a height above the ground at least equal to 2.50 m, means for supplying compressed air and water to said diffusers and means for adjusting the flow of water supplied by each nozzle to maintain the hygrometric degree ambient air less than 75% and to obtain the desired temperature reduction.

Selon un mode préféré de mise en oeuvre, lesdits diffuseurs sont montés sur un mât et sur chaque mât sont montés trois diffuseurs dont les axes font entre eux un angle sensiblement égal à 1200. According to a preferred embodiment, said diffusers are mounted on a mast and on each mast are mounted three diffusers whose axes form an angle between them substantially equal to 1200.

Selon une variante de mise en oeuvre, lesdites buses sont montées sur un support horizontal, les axes desdites buses étant disposés dans des plans perpendiculaires audit support. According to an alternative embodiment, said nozzles are mounted on a horizontal support, the axes of said nozzles being arranged in planes perpendicular to said support.

On comprend que grâce à la diffusion des gouttelettes d'eau dans l'atmosphère le degré hygrométrique de l'air ambiant est augmenté, ce qui provoque un abaissement de la température dans la zone considérée. En outre, ce système est aisé à mettre en place et il n'altère nullement l'esthétique de la zone ainsi équipée. Enfin, l'abaissement de température est relativement homogène contrairement à ce qui se produit avec les systèmes à air pulsé. De plus, on évite toute condensation de l'eau. It is understood that thanks to the diffusion of the water droplets in the atmosphere the hygrometric degree of the ambient air is increased, which causes a lowering of the temperature in the zone considered. In addition, this system is easy to set up and it does not alter the aesthetics of the area thus equipped. Finally, the temperature reduction is relatively homogeneous, unlike what happens with forced air systems. In addition, water condensation is avoided.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles
- la figure 1 est une vue en élévation d'un système d'abaissement de la température selon l'invention ;
- la figure 2 est une vue de dessus de l'installation de la figure 1
- la figure 3 est une vue en coupe verticale d'une vanne à vide utilisée dans l'invention ; et
- la figure 4 montre une variante de mise en oeuvre du système d'abaissement de la température.Other characteristics and advantages of the present invention will appear more clearly on reading the following description of an embodiment of the invention given by way of non-limiting example. The description refers to the appended figures in which
- Figure 1 is an elevational view of a temperature lowering system according to the invention;
- Figure 2 is a top view of the installation of Figure 1
- Figure 3 is a vertical sectional view of a vacuum valve used in the invention; and
- Figure 4 shows an alternative implementation of the temperature lowering system.

En se référant aux figures 1 et 2, on va décrire le système d'abaissement de la température. Referring to Figures 1 and 2, we will describe the temperature lowering system.

Sur la figure 1, on a représenté en 10 le sol de l'espace ouvert où l'on veut abaisser la température. I1 s'agit, par exemple, d'une place. Le système comprend une pluralité de buses 12 d'atomisation de gouttelettes d'eau. Par buse d'atomisation, il faut entendre un dispositif qui, alimenté en eau et en air comprimé, délivre à sa sortie un brouillard de micro-gouttelettes d'eau en suspension dans l'air et qui ne retombent pas sur le sol. In Figure 1, there is shown at 10 the floor of the open space where one wants to lower the temperature. It is, for example, a place. The system comprises a plurality of nozzles 12 for atomizing water droplets. By atomizing nozzle, it is meant a device which, supplied with water and compressed air, delivers at its output a mist of micro-droplets of water suspended in the air and which do not fall on the ground.

Les gouttelettes d'eau ont des dimensions qui varient de 15 à 20 microns. I1 existe plusieurs types de buses à atomisation.Water droplets vary in size from 15 to 20 microns. There are several types of atomizing nozzles.

Selon la présente invention, on utilise des buses à injection. Dans une telle buse, le corps de la buse comporte un venturi à l'entrée duquel est appliqué l'air comprimé. L'eau est introduite par une canalisation auxiliaire au niveau du col du venturi où se crée une zone dépressionnaire. Cette zone crée une aspiration dans la conduite d'alimentation en eau. L'eau est divisée en fines gouttelettes en suspension dans l'air. A la sortie de la buse, on obtient un jet formé par un brouillard de fines gouttelettes d'eau comme expliqué ci-dessus. Une buse utilisable dans l'invention est commercialisée par la société
Leadair sous la dénomination Air Fog. I1 existe de telles buses qui comportent un système d'auto-ramonage "intégré" autorisant ainsi l'utilisation d'une eau non traitée.According to the present invention, injection nozzles are used. In such a nozzle, the body of the nozzle comprises a venturi at the inlet of which compressed air is applied. Water is introduced through an auxiliary pipe at the level of the venturi neck where a low pressure zone is created. This area creates suction in the water supply line. Water is divided into fine droplets suspended in the air. At the outlet of the nozzle, a jet is formed formed by a mist of fine water droplets as explained above. A nozzle which can be used in the invention is sold by the company
Leadair under the name Air Fog. There are such nozzles which include an "integrated" self-sweeping system, thus allowing the use of untreated water.

Comme le montre la figure 1, les buses 12 sont montées sur une plate-forme 14 fixée à l'extrémité de mâts métalliques 16 scellés dans le sol 10. Ces mâts 16 sont de préférence creux. Les buses 12 ont leurs axes xx' sensiblement horizontaux. La hauteur h au-dessus du sol des axes des buses 12 est supérieure à 2,50 m. As shown in Figure 1, the nozzles 12 are mounted on a platform 14 fixed to the end of metal masts 16 sealed in the ground 10. These masts 16 are preferably hollow. The nozzles 12 have their axes xx 'substantially horizontal. The height h above the ground of the axes of the nozzles 12 is greater than 2.50 m.

Les essais effectués ont montré qu'une hauteur h égale à 3 mètres était particulièrement satisfaisante pour le confort des personnes se trouvant dans la zone concernée. La distance L entre deux mâts 16a, 16b adjacents est de l'ordre de 8 m pour obtenir une zone homogène refroidie. Si l'on veut avoir des zones refroidies séparées par des espaces à température normale, on peut porter la distance L à 10 ou 15 m.Tests have shown that a height h equal to 3 meters is particularly satisfactory for the comfort of people in the area concerned. The distance L between two adjacent masts 16a, 16b is of the order of 8 m to obtain a homogeneous cooled area. If you want to have cooled zones separated by spaces at normal temperature, you can increase the distance L to 10 or 15 m.

La figure 2 montre qu'il est particulièrement avantageux de monter les buses 12 par groupe de trois à l'extrémité de chaque mât 16. Les trois buses 12a, 12b et 12c montées sur un même mât sont décalées angulairement de 120 degrés. Les essais effectués montrent qu'avec cette disposition des buses on obtient un refroidissement homogène de la zone entourant le mât. Figure 2 shows that it is particularly advantageous to mount the nozzles 12 in groups of three at the end of each mast 16. The three nozzles 12a, 12b and 12c mounted on the same mast are angularly offset by 120 degrees. The tests carried out show that with this arrangement of the nozzles a uniform cooling of the area surrounding the mast is obtained.

La figure 2 montre que, de préférence, les mâts 16 sont disposés selon des lignes et des colonnes de pas L. Avec cette disposition, on obtient une densité très homogène des gouttelettes d'eau dans le volume entourant les mâts et donc dans le volume dont on veut abaisser la température. Figure 2 shows that, preferably, the masts 16 are arranged in rows and columns of pitch L. With this arrangement, a very homogeneous density of the water droplets is obtained in the volume surrounding the masts and therefore in the volume whose temperature we want to lower.

Sur la figure 1, on a également représenté l'alimentation en eau et en air comprimé des différentes buses 12. Sur cette figure, on a représenté une source 18 d'air comprimé qui est reliée par les canalisations 20 à des tuyaux 22 montés dans les mâts creux 16. Le tuyau 22 est relié aux entrées d'air comprimé des trois buses 12a, 12b et 12c montées à l'extrémité de chaque mât 16. In Figure 1, there is also shown the supply of water and compressed air to the different nozzles 12. In this figure, there is shown a source 18 of compressed air which is connected by pipes 20 to pipes 22 mounted in the hollow masts 16. The pipe 22 is connected to the compressed air inlets of the three nozzles 12a, 12b and 12c mounted at the end of each mast 16.

Le système comprend également une alimentation en eau 24 qui est reliée à des canalisations de distribution 26 par l'intermédiaire d'un variateur de débit 27. Les canalisations 26 sont reliées à des tubes 28 montés dans les mâts 16. Chaque tube 28 est raccordé aux entrées "eau" des trois buses montées sur le mât considéré. Chaque tube 26 est munie d'une vanne à vide 30 permettant de réguler l'alimentation en eau des buses en fonction de la pression de l'air comprimé. De préférence, la pression d'air comprimé est de l'ordre de 5 bars et la pression d'eau est de 1 bar. The system also comprises a water supply 24 which is connected to distribution pipes 26 by means of a flow variator 27. The pipes 26 are connected to tubes 28 mounted in the masts 16. Each tube 28 is connected at the "water" inlets of the three nozzles mounted on the mast in question. Each tube 26 is provided with a vacuum valve 30 making it possible to regulate the water supply to the nozzles as a function of the pressure of the compressed air. Preferably, the compressed air pressure is of the order of 5 bars and the water pressure is 1 bar.

La figure 3 montre une vanne à vide 30 servant à réguler le débit dtalimentation en eau des buses en fonction de la pression d'air. La vanne comprend un corps formé de deux demi-coquilles 50 et 52 définissant une cavité interne 54 divisée en deux chambres 56 et 58 par une membrane déformable 60 dont la périphérie est pincée entre les deux demi-coquilles. La partie centrale du diaphragme 60 est solidaire d'un plateau 62 en forme de disque. Le plateau 62 est solidaire d'une tige axiale 64, 66. La tige 64 traverse de façon étanche la demi-coquille 50 et se termine par un plateau de pression 68. La demi-coquille 52 est prolongée par la pièce 70 traversée par la tige 66. Le perçage 72 se termine par un siège 74 pour un clapet 76 solidaire de l'extrémité de la tige 66.La pièce 70 est associée à la pièce 78 qui forme une chambre d'entrée pour le clapet 76 et est munie de l'orifice d'entrée 80. La demi-coquille 52 est munie de l'orifice de sortie 82. FIG. 3 shows a vacuum valve 30 used to regulate the flow rate of water supply to the nozzles as a function of the air pressure. The valve comprises a body formed by two half-shells 50 and 52 defining an internal cavity 54 divided into two chambers 56 and 58 by a deformable membrane 60 whose periphery is pinched between the two half-shells. The central part of the diaphragm 60 is integral with a plate 62 in the form of a disc. The plate 62 is integral with an axial rod 64, 66. The rod 64 sealingly passes through the half-shell 50 and ends in a pressure plate 68. The half-shell 52 is extended by the part 70 traversed by the rod 66. The bore 72 ends with a seat 74 for a valve 76 secured to the end of the rod 66. The part 70 is associated with the part 78 which forms an inlet chamber for the valve 76 and is provided with the inlet orifice 80. The half-shell 52 is provided with the outlet orifice 82.

Le fonctionnement de la vanne est le suivant. La pression P de l'air comprimé est appliquée sur le plateau 68. The operation of the valve is as follows. The pressure P of the compressed air is applied to the plate 68.

Pour une pression suffisante la tige 64, 66 repousse le clapet 76 de son siège 74, ce qui permet la circulation d'eau depuis l'orifice 80 jusqu'à la chambre 56 et l'orifice 82. Les buses sont alimentées en eau. Au contraire, si la pression d'air comprimé chute, le clapet 76 se referme. Si la pression d'eau sur le plateau 62 devient excessive, la tige 66 remonte, ce qui referme le clapet. Le réglage se fait par l'intermédiaire du ressort taré 84. Une telle vanne est également produite par la société Leadair.For sufficient pressure the rod 64, 66 pushes the valve 76 from its seat 74, which allows the circulation of water from the orifice 80 to the chamber 56 and the orifice 82. The nozzles are supplied with water. On the contrary, if the compressed air pressure drops, the valve 76 closes again. If the water pressure on the plate 62 becomes excessive, the rod 66 rises, which closes the valve. The adjustment is made via the calibrated spring 84. Such a valve is also produced by the company Leadair.

De préférence, le système comprend de plus un hygromètre 32 permettant de mesurer en permanence le degré hygrométrique de l'air dans la zone considérée. Le signal de mesure délivré par l'hygromètre est appliqué à un circuit de contrôle 34 qui compare le degré hygrométrique de l'air à une valeur de consigne. Cette valeur de consigne est au maximum égale à un degré hygrométrique de 80% d'humidité et, de préférence, égale à 70%. Si la valeur de consigne est dépassée, le circuit de contrôle 34 applique un signal de commande au variateur de débit 27 pour diminuer la quantité d'eau pulvérisée par les buses 12 et ramener ainsi le degré hygrométrique à une valeur inférieure à la valeur de consigne. Preferably, the system further comprises a hygrometer 32 making it possible to continuously measure the hygrometric degree of the air in the zone considered. The measurement signal delivered by the hygrometer is applied to a control circuit 34 which compares the hygrometric degree of the air with a set value. This set value is at most equal to a hygrometric degree of 80% humidity and, preferably, equal to 70%. If the set value is exceeded, the control circuit 34 applies a control signal to the flow variator 27 to reduce the amount of water sprayed by the nozzles 12 and thus reduce the humidity to a value lower than the set value .

On comprend que l'abaissement de la température est provoquée par l'augmentation du degré hygrométrique de l'air. On sait qu'il existe des abaques qui permettent de relier la température sèche à la température humide en fonction du degré hygrométrique. Ces abaques sont décrits dans la publication
ASHRAE Fondamental Handbook (SI) 1989, chap. 8. I1 est possible de stocker dans des mémoires du circuit de contrôle 34 les données correspondant à ces abaques. On peut ainsi, en entrant dans le circuit de contrôle 34 l'information d'abaissement de température désiré, commander le débit d'eau par l'intermédiaire du variateur de débit 27 à partir du degré hygrométrique initial mesuré par le capteur 32.It is understood that the lowering of the temperature is caused by the increase in the humidity of the air. We know that there are abacuses which make it possible to link the dry temperature to the wet temperature according to the humidity. These abacuses are described in the publication
ASHRAE Fondamental Handbook (SI) 1989, chap. 8. It is possible to store in memories of the control circuit 34 the data corresponding to these charts. It is thus possible, by entering the control circuit 34 the desired temperature reduction information, to control the water flow by means of the flow variator 27 from the initial hygrometric degree measured by the sensor 32.

On comprend que, grâce au système qui vient d'être décrit, on peut effectivement abaisser la température de l'espace associé aux mâts 16 tout en maintenant des conditions hygrométriques agréables. I1 est possible d'obtenir un abaissement de température allant jusqu'à 70C, ce qui est bien suffisant dans la quasi-totalité des cas. En outre l'implantation du système est simple et s'intègre parfaitement à l'environnement. En particulier, les mâts 16 sur lesquels sont montées les buses 12 peuvent avoir une autre fonction : par exemple constituer la hampe d'une source d'éclairage. Les essais effectués montrent que l'effet d'abaissement de la température demeure tant que le vent local à l'altitude considérée reste raisonnable. It is understood that, thanks to the system which has just been described, it is actually possible to lower the temperature of the space associated with the masts 16 while maintaining pleasant hygrometric conditions. It is possible to obtain a temperature reduction of up to 70C, which is quite sufficient in almost all cases. In addition, the installation of the system is simple and fits perfectly into the environment. In particular, the masts 16 on which the nozzles 12 are mounted can have another function: for example constituting the pole of a light source. The tests carried out show that the temperature lowering effect remains as long as the local wind at the altitude considered remains reasonable.

Dans l'exemple décrit, le système permet de climatiser une zone de surface relativement importante. I1 va de soi que l'invention peut s'appliquer à des surfaces plus réduites en n'utilisant qu'un seul mât avec trois buses pour climatiser, par exemple, une terrasse en plein air de restaurant. In the example described, the system makes it possible to cool a relatively large surface area. It goes without saying that the invention can be applied to smaller areas by using only one mast with three nozzles for air conditioning, for example, an outdoor restaurant terrace.

Sur la figure 4, on a représenté une variante de mise en oeuvre de l'invention bien adaptée pour refroidir un espace ouvert de dimensions plus réduites, tel qu'une terrasse de restaurant. In Figure 4, there is shown an alternative embodiment of the invention well suited for cooling an open space of smaller dimensions, such as a restaurant terrace.

Selon ce mode de mise en oeuvre, les buses 12 sont montées sur une rampe horizontale 90 disposée selon un grand côté de l'espace 92 à refroidir. Dans l'exemple décrit, il y a trois buses régulièrement espacées sur la longueur de la rampe. Les axes xx' des buses sont disposés dans des plans perpendiculaires à la longueur de la rampe support 90. La rampe 90 est munie de canalisations d'alimentation en eau et en air comprimé déjà décrites en liaison avec la figure 1.According to this embodiment, the nozzles 12 are mounted on a horizontal ramp 90 arranged along a long side of the space 92 to be cooled. In the example described, there are three regularly spaced nozzles along the length of the boom. The axes xx 'of the nozzles are arranged in planes perpendicular to the length of the support ramp 90. The ramp 90 is provided with pipes for supplying water and compressed air already described in connection with FIG. 1.

Dans certains cas, on peut ajouter dans l'eau alimentant les buses un parfum pour créer l'ambiance olfactique désirée. In some cases, a perfume can be added to the water supplying the nozzles to create the desired olfactory atmosphere.

Claims

1. System for lowering the temperature of an unclosed space, characterized in that it comprises a plurality of atomizing nozzles for micro water droplets (12) whose axis makes an angle of +30 with the horizontal at a height (h) above the ground at least equal to 2.50 m, means for supplying compressed air (18, 20, 22) and water (24, 26, 28) to said nozzles and means (32, 34, 27) for regulating the flow of water supplied by each nozzle to maintain the humidity of the ambient air less than 75% and to obtain the desired temperature reduction.

2. system for lowering the temperature according to claim 1, characterized in that said nozzles (12) are mounted on a mast (16) and on each mast (16) are mounted three nozzles (12) whose axes are between them an angle substantially equal to 1200.

3. A temperature lowering system according to claim 1, characterized in that said nozzles (12) are mounted on an elongated horizontal support (90), the axes of said nozzles being arranged in planes perpendicular to said support.

4. system for lowering the temperature according to any one of claims 1 and 3, characterized in that the water supplying the nozzles is at a pressure of the order of 1 bar and in that the pressure of the compressed air is of the order of 5 bars.

5. System for lowering the temperature according to any one of claims 1 to 4, characterized in that said nozzles (12) are of the venturi type.