FR2885997A1 - Procede et dispositif de traitement thermique de l'air a evacuer pour systeme de ventilation ou de climatisation - Google Patents

Abstract

Procédé de traitement thermique de l'air à évacuer d'un système de ventilation ou de climatisation, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant à chauffer un flux d'air (F) à évacuer circulant dans un conduit d'évacuation d'air (2) dudit système de ventilation ou de climatisation sensiblement uniformément sur toute la section dudit conduit d'évacuation, de manière à vaporiser des gouttelettes d'eau (3) présentes dans ledit flux d'air à évacuer.

Description

La présente invention se rapporte à un procédé de traitement thermique d'une circulation d'air chargé en aérosols ou en entraînements vésiculaires, comme par exemple des fines particules d'eau de quelques microns à un millimètre de diamètre entraînées dans l'atmosphère par un flux d'air, en particulier dans un conduit d'évacuation d'air d'un système de ventilation ou de climatisation. Plus particulièrement, la présente invention se rapporte au traitement de l'air évacué par un tel système.
Il est connu que le développement de bactéries est courant dans les systèmes de ventilation ou de climatisation. En raison de l'humidité pouvant régner dans de tels systèmes, l'air circulant peut entraîner des gouttelettes d'eau dans lesquelles se trouvent des bactéries.
Si ces gouttelettes sont inhalées par une personne se trouvant à proximité de la sortie d'air du système, il peut en résulter de graves maladies. Par exemple, le cas le plus connu est le dégagement des panaches de fumées des tours de refroidissement d'un système de climatisation, qui peuvent contenir des gouttelettes d'eau portant la bactérie de la légionellose.
Il existe donc un risque de contamination à proximité des systèmes de ventilation ou de climatisation.
L'invention a pour but de proposer un dispositif et un procédé de traitement permettant de supprimer, ou au moins de réduire, ce risque de contamination.
Pour cela, l'invention fournit un procédé de traitement thermique de l'air à évacuer d'un système de ventilation ou de climatisation, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant à chauffer un flux d'air à évacuer circulant dans un conduit d'évacuation d'air dudit système de ventilation ou de climatisation sensiblement uniformément sur toute la section du conduit d'évacuation, de manière à vaporiser des gouttelettes d'eau présentes dans le flux d'air à évacuer.
Une idée de base de l'invention est d'éliminer les gouttelettes d'eau en suspension dans l'air, et d'ainsi extraire la bactérie de son milieu vital, avant que le flux d'air ne soit rejeté dans l'atmosphère.
De préférence, ce procédé est effectué à l'aide d'un dispositif de traitement thermique comprenant un réseau d'éléments résistifs chauffants allongés munis de moyens de connexion pour pouvoir être connectés à une source d'alimentation électrique, le réseau présentant des dimensions sensiblement adaptées à la section intérieure dudit conduit d'évacuation, le dispositif de traitement comprenant des éléments de support électriquement isolant liés au réseau et fixant le réseau d'éléments résistifs chauffants en travers de la section intérieure du conduit d'évacuation, de manière à pouvoir chauffer le flux d'air à évacuer sensiblement uniformément sur toute la section intérieure du conduit d'évacuation d'air.
L'invention fournit également un dispositif de traitement thermique pour décontaminer l'air circulant dans un conduit d'air, caractérisé en ce qu'il comprend un réseau d'éléments résistifs chauffants allongés munis de moyens de connexion pour pouvoir être connectés à une source d'alimentation électrique, le dispositif de traitement comprenant des éléments de support électriquement isolant liés au réseau et destinés à coopérer avec un conduit à équiper pour fixer le réseau d'éléments résistifs chauffants en travers de la section intérieure du conduit à équiper, de manière à pouvoir chauffer un flux d'air traversant le conduit à équiper sensiblement uniformément sur toute la section intérieure du conduit à équiper.
Ce dispositif permet d'éliminer les bactéries selon deux phénomènes : Premièrement, certaines gouttelettes heurtent les éléments résistifs chauffants et sont vaporisées alors que simultanément, les bactéries présentes dans ces gouttelettes sont chauffées et brûlent. Deuxièmement, les gouttelettes qui ne heurtent pas les éléments résistifs chauffant sont chauffées et portées par de l'air chauffé. Elles peuvent donc également être vaporisées. Les bactéries présentes dans ces gouttelettes ne disposent alors plus du milieu nécessaire à leur survie. Si la chaleur fournie par ce dispositif est telle que toutes les gouttelettes d'eau sont vaporisées, le risque de contamination est supprimé. De plus, ce dispositif étant électrique, il est non polluant.
De préférence, les éléments résistifs chauffants sont agencés les uns par rapport aux autres de manière à pouvoir découper la section intérieure du conduit à équiper, vu en projection dans une direction longitudinale du conduit à équiper, en une pluralité de cellules.
De cette façon, la puissance émie par les éléments résistifs chauffants est répartie dans les différentes cellules.
Avantageusement, lesdits éléments résistifs chauffants incluent une pluralité d'éléments résistifs chauffants agencés, dans au moins un plan, parallèlement les uns aux autres.
Selon un mode de réalisation particulier, une première pluralité desdits éléments résistifs chauffants sont agencés, dans un premier plan, parallèlement les uns aux autres, et qu'une deuxième pluralité desdits éléments résistifs chauffants sont agencés, dans un deuxième plan, parallèlement les uns aux autres.
Ainsi, on augmente la probabilité qu'une gouttelette heurte un élément résistif chauffant, sans trop augmenter la résistance à l'écoulement de l'air. De plus, la puissance totale émise par le réseau peut être répartie dans les différents plans. Ainsi, pour une puissance totale donnée, la puissance émise par les éléments résistifs chauffants d'un plan donné est limitée.
De préférence, les éléments résistifs chauffants de la première pluralité sont agencés selon une première direction, et les éléments résistifs chauffants de la deuxième pluralité sont agencés selon une deuxième direction oblique ou perpendiculaire par rapport à ladite première direction.
Avantageusement, les éléments résistifs chauffants de la deuxième pluralité sont agencés parallèlement aux éléments résistifs chauffants de la première pluralité et en quinconce par rapport aux éléments résistifs chauffants de la première pluralité, de manière que ledit flux d'air traversant ledit conduit à équiper suive un trajet en chicane.
De cette manière, on augmente la probabilité qu'une gouttelette heurte un élément résistifs chauffant.
Selon un mode de réalisation particulier, les éléments résistifs chauffants agencé dans un même plan sont connectés en série.
De préférence, lesdits éléments résistifs chauffants agencés dans un même plan sont constitués d'un unique fil conducteur.
Cette caractéristique permet un montage facile du dispositif. En effet, plusieurs éléments résistifs chauffants peuvent être montés rapidement en disposant et fixant le fil unique de manière appropriée.
De préférence, les éléments résistifs chauffants agencé dans un même plan sont connectés en parallèle.
Avantageusement, lesdits éléments de support comprennent un cadre polygonal électriquement isolant destiné à être fixé dans la section intérieure dudit conduit à équiper.
De cette manière, le dispositif peut être facilement monté sur le conduit à équiper, car il suffit d'y fixer le cadre, sur lequel le réseau peut être déjà monté.
De préférence, lesdits éléments de support comprennent un élément de support élastiquement mobile liés par des moyens élastiques à un côté dudit cadre, lesdits éléments résistifs chauffant étant fixés audit un élément de support élastiquement mobile et à un côté opposé dudit cadre, de manière à être tendus en travers dudit cadre par lesdits moyens élastiques Ainsi, on évite les courts-circuits entre deux éléments résistifs chauffants voisin, car ces derniers sont toujours bien tendus.
Avantageusement, lesdits éléments résistifs chauffants comprennent des plaques conductrices fixées audit cadre.
De préférence, lesdits éléments résistifs chauffants sont des portions de fil conducteur.
Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif comprend une source d'alimentation électrique connectée auxdits moyens de connexion et apte à alimenter ledit réseau, au moins un capteur apte à mesurer une variable d'état dudit dispositif, et un contrôleur apte à commander ladite source d'alimentation en fonction de ladite variable d'état.
Ainsi, l'alimentation du dispositif peut être adaptée à son état, ce qui permet d'améliorer son efficacité.
De préférence, ledit au moins un capteur est un capteur hygrométrique apte à mesurer le degré hygrométrique de l'air ambiant.
Dans ce cas, le contrôleur peut par exemple être configuré pour commander la source d'alimentation de manière à ne pas alimenter ledit réseau quand le degré hygrométrique est inférieur à un seuil donné. En effet, si l'air ambiant est sec, les gouttelettes d'eau à la sortie du dispositif sont naturellement évaporées, sans qu'il soit nécessaire de chauffer le flux d'air. On économise ainsi de l'énergie.
Avantageusement ladite source d'alimentation électrique comporte un transformateur électrique.
L'invention fournit aussi un ensemble d'un dispositif de traitement thermique selon les caractéristiques ci-dessus et d'un conduit d'air équipé dudit dispositif de traitement thermique, caractérisé par le fait que ledit réseau présente des dimensions sensiblement adaptées à la section intérieure dudit conduit et est fixé en travers de la section intérieure dudit conduit au moyen des éléments de support électriquement isolant.
Le dispositif de traitement peut être conçu comme un appareil indépendant du conduit d'air avec un support rigide prêt à monté dans un conduit d'air existant du système à équiper. Inversement, le dispositif peut être préalablement monté dans un élément de conduite séparé du système de ventilation ou de climatisation à équiper. Dans ce cas, il suffit de placer l'élément de conduite pré-équipé avec le dispositif de traitement au niveau de la sortie du conduit d'évacuation. Dans ce cas, l'élément de conduite peut servir de support et il n'est pas nécessaire que le dispositif comporte un autre support rigide.Par exemple, dans ce cas, lesdits éléments de support comprennent des passe-fils électriquement isolants agencés de manière à traverser une paroi périphérique dudit conduit d'air, ledit réseau incluant des conducteurs de liaison reliant à chaque fois deux éléments résistifs chauffants en passant à travers lesdits passe-fils de manière à réaliser à la fois une liaison électrique entre lesdits éléments résistifs chauffants et une fixation desdits éléments résistifs chauffants audit conduit d'air.
Selon ce mode de réalisation, la surface occupée par les éléments de support dans le conduit à équiper, et donc la résistance à l'écoulement de l'air, est minimisée.
De préférence, ledit conduit d'air comprend, en aval dudit réseau, une entrée secondaire d'air ambiant et un mélangeur d'air apte à mélanger de l'air ambiant avec l'air circulant dans ledit conduit.
Ceci permet de ne pas rejeter dans l'atmosphère de l'air trop chaud, par exemple afin de respecter une disposition réglementaire.
Avantageusement, ledit conduit d'air est un conduit d'évacuation d'air d'un système de climatisation ou de ventilation.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description suivante de plusieurs modes de réalisation particuliers de l'invention, donnés uniquement à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés.Sur ces dessins : - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un dispositif de traitement thermique selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2A est une vue en perspective du dispositif de la figure 1, - la figure 2B représente un détail de la figure 2A, - la figure 3 est une vue en perspective d'un dispositif de traitement thermique selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, - la figure 4A est une vue de face du dispositif de la figure 1, - la figure 4B représente un détail de la figure 4A, - la figure 5 représente schématiquement le dispositif de la figure 1 installé dans un système de climatisation, - la figure 6 est une vue similaire à la figure 5, sur laquelle on a indiqué certaines grandeurs servant au dimensionnement du dispositif de la figure 1, - la figure 7 est une vue similaire à la figure 4A,dans laquelle on n'a pas représenté le conduit, - la figure 8 représente une variante du réseau pouvant être utilisé dans le dispositif de la figure 1, - la figure 9 représente une autre variante du réseau pouvant être utilisé dans le dispositif de la figure 1, et - la figure 10 représente un détail d'un dispositif de traitement thermique selon un troisième mode de réalisation de l'invention.
On décrit maintenant un dispositif selon un premier mode de réalisation de l'invention. En référence aux figures 1 et 2A, le dispositif de traitement 1 est installé dans un conduit 2. Le conduit 2 est cylindrique de section rectangulaire, et est par exemple réalisé en métal. Le conduit 2 est destiné à diriger l'écoulement d'un flux d'air selon le sens longitudinal indiqué par la flèche F. Le flux d'air peut porter des gouttelettes d'eau 3 dans lesquelles peuvent se trouver des bactéries. Typiquement, les gouttelettes 3 sont des fines particules d'eau de quelques micromètres à un millimètre, entraînées par la circulation d'air.
Le dispositif 1 comprend également un cadre rigide 7 portant un réseau chauffant 4. Le cadre 7 est réalisé en matériau thermiquement et électriquement isolant. Il est cylindrique de section rectangulaire. Comme on peut le voir sur la figure 4, les dimensions extérieures du cadre 7 sont plus grandes que les dimensions intérieures du conduit 2. Le cadre 7 est inséré dans le conduit 2 par une fente latérale (non représentée), et fixé dans celui-ci de manière que le flux d'air passant dans le conduit 2 passe entièrement à l'intérieur du cadre 7. Alternativement, le cadre 7 pourrait être de dimensions correspondantes aux dimensions du conduit 2 et être inséré dans celui-ci de manière axiale. Selon une autre variante, le cadre 7 peut être fixé aux extrémités d'un premier et d'un deuxième conduit, de manière à réaliser la jonction entre ceux-ci.Enfin, selon une variante, le conduit 2 et le cadre 7 pourraient ne pas être de section rectangulaire, mais présenter toute forme adaptée. Le cadre 7 est fié au conduit par tout moyen adapté (vissage, collage, emboîtement, etc.).
Le réseau chauffant 4 est constitué d'une pluralité de portions de fil métallique 5. Comme on le voit sur la figure 2B, les portions 5 sont de préférence constituées par un unique fil métallique 8, tissé sur le cadre 7 de manière à former le réseau 4. Au niveau des extrémités des portions 5, le fil 8 est fixé au cadre 7 et fait demi-tour de façon à former une autre portion 5.
Dans ce mode de réalisation, le réseau 4 comprend plusieurs couches : Les portions de fil 5 sont disposées, dans un premier plan transversal 9, parallèlement les unes aux autres selon une première direction, et dans un deuxième plan transversal 10, parallèlement les unes aux autres selon une deuxième direction, par exemple perpendiculaire à la première direction. Ainsi, le réseau 4 segmente la section intérieure du conduit 2, en projection selon la direction longitudinale, en une pluralité de cellules rectangulaires ou carrées de petites dimensions. Bien entendu, l'invention pourrait également être réalisée par un dispositif dans lequel le réseau comprendrait une seule couche ou plus de deux couches de fil chauffant.
S'il n'y a qu'une seule couche, l'échauffement de l'air chargé de gouttelettes doit s'effectuer sur une petite longueur, donc avec un temps d'échauffement très court. Ceci peut être obtenu en accroissant la température des portions de fil 5 et/ou en resserrant le maillage. Inversement, l'utilisation de plusieurs couches permet, pour une puissance thermique donnée, de réduire la température des éléments chauffants et/ou de faire un maillage moins serré au niveau de chaque couche.
Le dispositif 1 comprend aussi une source d'alimentation électrique 6, reliée aux deux extrémités du fil 8 au niveau d'un connecteur 17 pour y faire circuler un courant. Dans l'exemple représenté, un fil distinct est utilisé pour former les deux couches du réseau. Les deux couches sont donc reliées en parallèle à l'enroulement secondaire 13 du transformateur électrique 15, à chaque fois par une paire de fils 14. En variante, les deux couches de fil peuvent être reliées en série, auquel cas une seule paire de fils suffit pour la liaison à la source 6. De préférence, la source d'alimentation électrique 6 comprend un transformateur 15 qui permet de réaliser une élévation de courant et une isolation galvanique par rapport au générateur de courant 16.
Sous l'effet de l'augmentation de température, les portions de fil 5 s'allongent. Si cet allongement n'est pas compensé, il existe un risque que deux portions de fil 5 adjacentes se touchent, ce qui créerait un court-circuit perturbant le fonctionnement du dispositif 1. Pour compenser cet allongement, comme expliqué en référence à la figure 4B, le cadre 7 peut comporter une plaque de connexion 11 en matériau électriquement isolant, montée de manière élastiquement mobile. Sur la figure 4B, on a représenté le cadre 7 en coupe partielle, de manière à rendre visible la plaque 11 et des ressorts 12. Les ressorts 12 sont fixés d'une part au cadre 7, et d'autre part à la plaque 11. Ainsi, la plaque 11 est montée de manière élastiquement mobile dans le cadre 7. Le fil 8 est fixé à la plaque 11.Les ressorts 12 exercent une force sur la plaque 11 dans une direction telle que le fil 8 soit toujours tendu. En cas d'allongement du fil 8, la force exercée par les ressorts 12 déplace la plaque 11, de manière à compenser cet allongement. Le fil 8 peut être fixé, de chaque côté du cadre 7, à une plaque 11, ou être fixé d'un côté à une plaque 11 et de l'autre côté directement au cadre 7.
Comme représenté sur la figure 5, le dispositif 1 est installé par exemple dans le conduit de sortie 2 d'une tour de refroidissement 51 d'un système de climatisation 50, du type que l'on trouve couramment sur le toit d'un immeuble climatisé.
On va maintenant expliquer le fonctionnement du dispositif 1. En fonctionnement, la source d'alimentation électrique 6 fournit un courant 1 au fil 8. En raison de l'effet Joule, le fil conducteur 8 dégage de la chaleur. La puissance dégagée W est donnée par la formule W = R P, où R est la résistance totale du fil 8.
Le flux d'air traversant le conduit 2 amène les gouttelettes 3 au niveau du réseau chauffant 4. Là, certaines gouttelettes 3 entrent en contact avec les portions de fil 5. Du fait de la chaleur dégagée, ces gouttelettes 3 sont vaporisées. De plus, les bactéries qu'elles portaient sont également en contact avec les portions de fil 5. Du fait de la chaleur dégagée, elles sont brûlées. D'autres gouttelettes 3 n'entrent pas en contact avec les portions de fil 5. Cependant, l'air passant au niveau du réseau 4 est également chauffé. Sa température augmente et il est donc moins saturé en eau. Les gouttelettes 3 qui n'entrent pas en contact avec une portion 5 sont donc également vaporisées. Cette vaporisation peut se faire de manière progressive dans le cas d'un réseau 4 à plusieurs couches.Après vaporisation des ces gouttelettes 3, les bactéries qui s'y trouvaient n'ont plus de milieu nécessaire à leur survie et meurent.
Dans l'exemple représenté, la configuration du réseau 4 est telle que le flux d'air est découpé en petites cellules définies par des portions de fil 5. Une telle configuration permet que le flux d'air soit chauffé sensiblement uniformément sur toute la section du conduit 2. Ainsi la puissance dégagée est répartie sur l'ensemble des gouttelettes 3. Ainsi, comme on le voit sur la figure 1, en aval du réseau 4, le flux d'air ne comprend plus de gouttelettes 3 et donc plus de bactéries vivantes.
De préférence, le fonctionnement de la source 6 est contrôlé par un contrôleur électronique (non représenté), en fonction d'un état du dispositif 1 déterminé par au moins un capteur (non représenté). Par exemple, un capteur mesure le degré hygrométrique de l'air ambiant, vers lequel est évacué le flux d'air sortant du dispositif 1. Si ce degré d'hygrométrie est inférieur à un seuil donné, cela signifie que l'air ambiant est sec. En conséquence, des gouttelettes 3 qui sortiraient du dispositif 1 sans y avoir été vaporisées seraient naturellement vaporisées dans l'air ambiant. Dans ce cas, pour économiser de l'énergie, on n'alimente pas le réseau 4 du dispositif 1.Bien entendu, d'autres types de contrôles sont envisageables, comme un contrôle proportionnel de la puissance émise par le réseau 4 en fonction du degré hygrométrique, ou un contrôle basé sur d'autres mesures, comme la température du flux d'air sortant.
Un exemple de type de contrôle envisageable est basé sur un système d'estimation en temps réel de la pollution bactérienne, qui mesure la pollution bactérienne à partir de capteurs placés à différents endroits, par exemple dans le conduit d'air en amont et/ou en aval du dispositif de traitement, et mesurant en temps réel des indicateurs de la température et du degré de qualité de l'eau. Un tel système d'estimation est par exemple développé par la société Wit, Canonge Dorca, 25-27, 17001 Girona, Esapgne.
Pour des raisons réglementaires notamment, l'air rejeté par un système de ventilation ou de climatisation ne peut pas être trop chaud. Or le dispositif 1 a justement pour conséquence de chauffer l'air. Ainsi, de préférence, comme représenté sur la figure 5, on prévoit un mélangeur d'air 13 placé sur le conduit 2, en aval du cadre 7 du dispositif de traitement 1. Le mélangeur d'air 13 introduit de l'air ambiant dans le conduit 2, comme le représente la flèche G, de sorte que l'air rejeté dans l'atmosphère, représenté par la flèche H, est un mélange de l'air traité F et de l'air introduit G, de température inférieure à la température de l'air traité F.
Bien entendu, il est souhaitable que toutes les gouttelettes 3 soient éliminées à la sortie du dispositif 1. Ainsi, le risque de contamination par des bactéries est entièrement supprimé. D'autre part, afin d'économiser de l'énergie, il est souhaitable que la puissance émise soit juste suffisante, éventuellement avec une marge de sécurité. Pour atteindre ces buts, il est nécessaire de dimensionner le dispositif 1 de manière appropriée. En référence aux figures 6 et 7, on décrit maintenant un exemple de dimensionnement.
La figure 6 est une vue similaire à la figure 5, sur laquelle on a représenté le circuit hydraulique 53 de la tour de refroidissement 51 du système de climatisation 50. Le circuit hydraulique comprend une entrée d'eau 62 et une sortie d'eau 63. La tour de refroidissement 51 présente une entrée d'air ambiant dans laquelle entre un flux 61, et une sortie d'air refoulé de laquelle sort un flux 64. Le flux d'air refoulé 64 pénètre dans le conduit de sortie 2 dans lequel est installé le dispositif 1, duquel sort un flux d'air traité 65. Dans l'exemple de la figure 6, le dispositif 1 ne comprend pas de mélangeur d'air 13.
Exemple de dimensionnement Dans une première étape, on calcule une estimation de la puissance thermique Wo devant être fournie par le dispositif de traitement 1.
Supposons que la tour de refroidissement 51 fonctionne dans les conditions suivantes : - Puissance frigorifique Q5, = 75kW ; - Température de l'air entrant 61 T61 = 30[deg]C ; - Humidité relative de l'air entrant 61 e61 = 40% ; - Température de l'air sortant 64 T64 = 45[deg]C ; - Humidité relative de l'air sortant 64 e64 = 100% ; - Température d'entrée de l'eau de refroidissement, en 62 T62 = 32[deg]C ; - Température de sortie de l'eau de refroidissement, en 63 T63 = 27[deg]C ; pour une température de bulbe humide de 21 [deg]C. En fonction des caractéristiques de la tour 51, la vitesse de l'air de refoulement 64 est d'environ 0,7m/s, et la pression de refoulement du flux 64 peut aller de 0 à 15 mmCE (mmH20), sachant que 1 mmCE = 9797 Pa à 15,56[deg]C.
Le débit massique d'eau de refroidissement est donné par :

où Cp est la capacité calorifique de l'eau.
D'autre part, on sait que pour une pression P, une pression de saturation Ps à une température donnée et une humidité relative e, l'humidité r est donnée par :

On sait qu'à 30[deg]C, Ps = 0,04246 bar et qu'à 45[deg]C, Ps = 0,09593 bar. De plus, la tour 51 fonctionne à pression atmosphérique, donc P = 1,013 bar. Ainsi, avec les valeurs données ci-dessus, on a :

Toute l'eau qui entre dans la tour de refroidissement 51 en ressort. On peut donc écrire :

où :
ma = débit massique de l'air circulant dans la tour 51 ; m62= débit massique de l'eau entrant en 62 ; et m63 = débit massique de l'eau sortant en 63.
On en déduit :

On peut également écrire le bilan énergétique de la tour 51 :

où :
ha61 = enthalpie spécifique de l'air 61 = 57,25 kJ/kg ; ha64 = enthalpie spécifique de l'air 64 = 213,25 kJ/kg ; h62 = enthalpie spécifique de l'eau 62 = Cp T62 = 133,952 kJ/kg ; h63 = enthalpie spécifique de l'eau 63 = Cp T63 = 113,022 kJ/kg.
Les valeurs de ha61 et ha64 peuvent être déterminées à l'aide d'un diagramme psychrométrique. De cette dernière équation, on déduit :

Par résolution de (a) et (b) :

Nous sommes maintenant en mesure de déterminer le débit massique d'air de la tour :

Pour limiter le risque de contamination, les tours de refroidissement existantes sont conçues de manière que le débit de gouttelettes d'eau quittant la tour soit limité. Par exemple, en France, le Ministère de la Santé recommande que ce débit soit inférieur à 0,01 % du débit d'eau de refroidissement. Dans le cadre de cet exemple, nous supposons que le débit de gouttelettes d'eau en 64 me64 est égal à 0,1% du débit d'eau de refroidissement m62. Cette valeur plus élevée du pourcentage correspond à une marge de sécurité en cas de mauvais fonctionnement de la tour 51. On a donc me64= 0,001 m62 = 0,0036 kg/s.
La puissance Wo, fournie par le dispositif 1 au flux d'air, est donnée par :

où :
ha65 = enthalpie spécifique de l'air 65 ; ha64 = enthalpie spécifique de l'air 64 ; hv65 = enthalpie spécifique de la vapeur saturée 65 ; hv64 = enthalpie spécifique de la vapeur saturée 64 ; he65 = enthalpie spécifique de l'eau 65 ; he64 = enthalpie spécifique de l'eau 64 ; mv65 = débit massique de la vapeur saturée 65 ; mv64 = débit massique de la vapeur saturée 64 ; me65 = débit massique de l'eau 65.
Comme le but est d'éliminer toutes les gouttelettes d'eau, on a : me65 = 0. De plus, par conservation de la quantité de matière, on peut écrire : mv65 = mv64 + me64. Ainsi, la formule précédente devient :

Les valeurs de ma et me64 ont été calculées ci-dessus. La valeur de mv64 est donnée par mv64 = r64 ma. Les valeurs des différentes enthalpies peuvent être déterminées à l'aide de tableaux des propriétés de l'eau saturée (liquide-vapeur) et de l'air comme gaz idéal, en considérant que la température de l'air 65 est T65 = 100[deg]C. On peut donc calculer : Wo = 10,2 kW. Pour que le dimensionnement présente une certaine marge de sécurité, on poursuit les calculs avec W = 10,5 kW.
La valeur de la puissance Wo peut être calculée comme expliquée ci-dessus, ou être déterminée à l'aide d'un diagramme psychrométrique. En effet, sachant d'une part qu'en 64 on a T64 = 45[deg]C et e64 = 100%, on en déduit qu'on a une teneur en vapeur r64 = 0.06505 KgH2O/Hgair sec. D'autre part en 65, la masse des gouttelettes 3 s'ajoute à la quantité de vapeur. Comme expliqué ci dessus, on a : mv65 = mv64 + me64 = (0.06505 * 0.51 + 0.0036) KgH2O/s = 0,03678 KgH2o/s. En divisant cette valeur par ma, on en déduit que la teneur en vapeur en 65 est de r65 = 0,0721 kgH2o/kgair sec- On peut donc porter sur le diagramme psychométrique les points de fonctionnement en 64 et 65, et lire la chaleur Q = 20 kJ nécessaire pour passer de 64 à 65, pour un kg d'air sec. En multipliant cette valeur par ma, on détermine la puissance Wo = 10,2 kW.
Si on choisit d'alimenter le fil 8 par un courant 1 de 25A, on peut déterminer la résistance totale que doit présenter le fil 8 : R = W / P = 16,8 . Dans le cas d'un fil d'acier 304L de section S = 6 mm , la longueur totale 1 du fil 8 est donnée par :

où p représente la résistivité de l'acier 304L.
En fonction de la valeur de 1, on peut déterminer le nombre approprié de couches du réseau 4 et l'espacement s entre deux portions de fil 5 adjacentes. Par exemple, si les dimensions du cadre 7, représentées sur la figure 7, sont H = 1m et L = 1m, il faudra que le fil 8 forme au moins n = 140 portions de fil 5. Dans le cas d'un réseau 4 à une seule couche, si les portions de fil 5 sont espacées selon la distance s, on a : n = H/s -1. On peut donc calculer : s = H / (n + 1) = 0,71 cm.
Pour réduire la perte de charge aéraulique, on peut également répartir les portions de fil 5 sur plusieurs couches. Par exemple, dans le cas d'un réseau à deux couches, il y a 70 portions de fil 5 par couche, espacées selon une distance s = 1,42 cm.
Il peut également être intéressant de calculer le débit volumique d'air nécessaire au bon fonctionnement de la tour de refroidissement :

où 30[deg]C est la masse volumique de l'air en 61, c'est-à-dire à 30[deg]C et 40% d'humidité relative.
On peut déterminer la dimensions des mailles du réseau chauffant à partir de considération de cinétique des échanges thermiques, afin d'assurer un chauffage suffisamment uniforme du flux d'air sur toute la section du conduit. Qualitativement, si la vitesse du flux d'air est plus importante, il faut resserrer la maillage, donc augmenter la longueur du fil 1. Pour que la puissance dégagée reste constance, il faut dans ce cas adapter le courant 1 et/ou la résistance R, par exemple en augmentant la section S proportionnellement à la longueur 1, et/ou choisir un matériau de résistivité p différente.
La figure 3 représente un dispositif de traitement 31 selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Dans ce dispositif 31, le réseau chauffant 34 est composé de plaques métalliques 35. Les plaques 35 sont agencées transversalement au conduit 32, et supportées par un cadre 37 isolant fixé à l'intérieure du conduit 32. Le plaques 35 sont disposées de façon à former des chicanes pour l'écoulement de l'air. Ainsi, presque toutes les gouttelettes d'eau entraînées par l'air entrent en contact avec les plaques 35, où elles sont vaporisées. La figure 10 représente un détail d'un dispositif de traitement 101 selon un troisième mode de réalisation de l'invention. Dans ce dispositif, le conduit 102 présente une pluralité d'alésages traversant 114. On remarquera que dans cet exemple le conduit 102 est de section circulaire.Bien entendu, une section rectangulaire ou autre est aussi envisageable.
Les moyens d'isolations du dispositif 101 comprennent une pluralité de passe-fils 107, en matériau électriquement et thermiquement isolant, par exemple en polytétrafluoréthylène ( Téflon ). Les passefils 107 sont agencés de manière à permettre à un fil métallique 108 de sortir du conduit 102 par un alésage 114, et d'y rentrer par un autre alésage 114, sans entrer en contact avec le conduit 102. Pour cela, les passe-fils 107 sont par exemple, comme représenté, des tubes creux pliés de sorte que chacune de leurs extrémités pénètre dans le conduit 102 par un alésage 114. En tissant, à l'aide des passe-fils 107, le fil 108 en travers de la section du conduit 102, on forme un réseau de portion de fil 105 directement dans la section du conduit sans support supplémentaire.
Le troisième mode de réalisation de l'invention est particulièrement intéressant dans le cadre d'un système de ventilation ou de climatisation existant comprenant un conduit d'évacuation d'air 102. En perçant des alésages 114 dans ce conduit 102, plaçant des passe-fils 107 et tissant le fil 108 de manière à former un réseau chauffant, il est possible d'équiper un tel système de ventilation ou de climatisation d'un dispositif de traitement 101. On appréciera que le dispositif 101 n'augmente pas la place occupée par le système de ventilation ou de climatisation, et ne diminue pas sensiblement la résistance à l'écoulement de l'air dans le conduit 102.
On a décrit un dispositif installé dans un système de climatisation. Alternativement, il pourrait s'agir de tout type de système comprenant une évacuation d'air susceptible de convecter une contamination bactérienne, par exemple pour l'évacuation de gaz d'un procédé chimique.
L'invention ne se limite pas aux types de réseaux chauffants décrits ci-dessus. Dans les réseaux décrits ci-dessus, les portions de fils 105 et les plaques 35 sont électriquement alimentées en série. Alternativement, l'alimentation électrique pourrait être réalisée en parallèle. L'alimentation série est cependant préférée car dans ce cas le réseau chauffant présente une résistance plus élevée, ce qui conduit, pour un courant d'alimentation donné, à une puissance plus élevée. D'autres configurations de réseau chauffant sont envisageables. Par exemple, comme représenté sur la figure 8, le réseau chauffant 84 pourrait comprendre une grille métallique électriquement alimentée en deux points distants.Selon un autre exemple représenté sur la figure 9, le réseau 94 comprend deux plaques conductrices latérales entre lesquels sont agencés des conducteurs ohmiques parallèles, par exemple des fils ou des tiges en matériau résistif.
Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec plusieurs modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.

REVENDICATIONS
1. Procédé de traitement thermique de l'air à évacuer d'un système de ventilation ou de climatisation, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant à chauffer un flux d'air à évacuer (F) circulant dans un conduit d'évacuation d'air (2) dudit système de ventilation ou de climatisation sensiblement uniformément sur toute la section dudit conduit d'évacuation, de manière à vaporiser des gouttelettes d'eau (3) présentes dans ledit flux d'air à évacuer.

Claims (12)

1. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est effectué à l'aide d'un dispositif de traitement thermique comprenant un réseau (4, 34, 84, 94) d'éléments résistifs chauffants (5,

   35, 105) allongés munis de moyens de connexion (17) pour pouvoir être connectés à une source d'alimentation électrique (6), ledit réseau présentant des dimensions sensiblement adaptées à la section intérieure dudit conduit d'évacuation, ledit dispositif de traitement comprenant des éléments de support électriquement isolant (7, 37, 107) liés audit réseau et fixant ledit réseau d'éléments résistifs chauffants en travers de la section intérieure dudit conduit d'évacuation, de manière à pouvoir chauffer ledit flux d'air (F) à évacuer sensiblement uniformément sur toute la section intérieure dudit conduit d'évacuation d'air.

   3. Dispositif de traitement thermique (1, 31, 101) pour décontaminer l'air circulant dans un conduit d'air, caractérisé en ce qu'il comprend un réseau (4, 34, 84, 94) d'éléments résistifs chauffants (5, 35,

   105) allongés munis de moyens de connexion (17) pour pouvoir être connectés à une source d'alimentation électrique (6), ledit dispositif de traitement comprenant des éléments de support électriquement isolant (7,

   37, 107) liés audit réseau et destinés à coopérer avec un conduit à équiper (2, 32, 102) pour fixer ledit réseau d'éléments résistifs chauffants en travers de la section intérieure dudit conduit à équiper, de manière à pouvoir chauffer un flux d'air (F) traversant ledit conduit à équiper sensiblement uniformément sur toute la section intérieure dudit conduit à équiper.

   4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que lesdits éléments résistifs chauffants sont agencés les uns par rapport aux autres de manière à pouvoir découper ladite section intérieure dudit conduit à équiper, vu en projection dans une direction longitudinale dudit conduit à équiper, en une pluralité de cellules.
2. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que lesdits éléments résistifs chauffants incluent une pluralité d'éléments résistifs chauffants (5, 105) agencés, dans au moins un plan

   (9, 10), parallèlement les uns aux autres.

   6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'une première pluralité desdits éléments résistifs chauffants sont agencés, dans un premier plan (9), parallèlement les uns aux autres, et qu'une deuxième pluralité desdits éléments résistifs chauffants sont agencés, dans un deuxième plan (10), parallèlement les uns aux autres.
3. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les éléments résistifs chauffants de la première pluralité sont agencés selon une première direction, et les éléments résistifs chauffants de la deuxième pluralité sont agencés selon une deuxième direction oblique ou perpendiculaire par rapport à ladite première direction.

   8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les éléments résistifs chauffants de la deuxième pluralité sont agencés parallèlement aux éléments résistifs chauffants de la première pluralité et en quinconce par rapport aux éléments résistifs chauffants de la première pluralité, de manière que ledit flux d'air traversant ledit conduit à équiper suive un trajet en chicane.
4. 9. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé par le fait que les éléments résistifs chauffants agencés dans un même plan sont connectés en série.
5. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que lesdits éléments résistifs chauffants agencés dans un même plan sont constitués d'un unique fil conducteur (8, 108).

   11. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé par le fait que les éléments résistifs chauffants agencés dans un même plan sont connectés en parallèle.
6. 12. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 11, caractérisé par le fait que lesdits éléments de support comprennent un cadre polygonal électriquement isolant (7) destiné à être fixé dans la section intérieure dudit conduit à équiper.
7. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé par le fait que lesdits éléments de support comprennent un élément de support

   (11) élastiquement mobile liés par des moyens élastiques (12) à un côté dudit cadre, lesdits éléments résistifs chauffant (5) étant fixés audit un élément de support élastiquement mobile et à un côté opposé dudit cadre, de manière à être tendus en travers dudit cadre par lesdits moyens élastiques.

   14. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé par le fait que lesdits éléments résistifs chauffants comprennent des plaques

   (35) conductrices fixées audit cadre.
8. 15. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 13, caractérisé par le fait que lesdits éléments résistifs chauffants sont des portions de fil conducteur (5, 105).
9. 16. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 15, caractérisé par le fait qu'il comprend une source d'alimentation électrique (6) connectée auxdits moyens de connexion (17) et apte à alimenter ledit réseau, au moins un capteur apte à mesurer une variable d'état dudit dispositif, et un contrôleur apte à commander ladite source d'alimentation en fonction de ladite variable d'état.

   17. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé par le fait que ledit au moins un capteur est un capteur hygrométrique apte à mesurer le degré hygrométrique de l'air ambiant.
10. 18. Dispositif selon la revendication 16 ou la revendication 17, caractérisé par le fait que ladite source d'alimentation électrique comporte un transformateur électrique (15).
11. 19. Ensemble d'un dispositif de traitement thermique selon l'une des revendications 3 à 18 et d'un conduit d'air équipé dudit dispositif de traitement thermique, caractérisé par le fait que ledit réseau présente des dimensions sensiblement adaptées à la section intérieure dudit conduit et est fixé en travers de la section intérieure dudit conduit au moyen des éléments de support électriquement isolant.

    20. Ensemble selon la revendication 19, caractérisé par le fait que lesdits éléments de support comprennent des passe-fils (107) électriquement isolants agencé de manière à traverser une paroi périphérique dudit conduit d'air (102), ledit réseau incluant des conducteurs de liaison reliant à chaque fois deux éléments résistifs chauffants en passant à travers lesdits passe-fils de manière à réaliser à la fois une liaison électrique entre lesdits éléments résistifs chauffants et une fixation desdits éléments résistifs chauffants audit conduit d'air.
12. 21. Ensemble selon la revendication 19 ou la revendication 20, caractérisé par le fait que ledit conduit d'air comprend, en aval dudit réseau, une entrée secondaire d'air ambiant et un mélangeur d'air (13) apte à mélanger de l'air ambiant avec l'air circulant dans ledit conduit.

    22. Ensemble selon l'une des revendications 19 à 21, caractérisé par le fait que ledit conduit d'air est un conduit d'évacuation d'air d'un système de climatisation ou de ventilation.