FR2987885A1 - Dispositif de conditionnement d'air du type cyclonique - Google Patents

Dispositif de conditionnement d'air du type cyclonique Download PDF

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Abstract

Dispositif de conditionnement d'air (1) du type cyclonique se présentant sous la forme d'une cuve cylindrique (2) munie dans sa partie haute d'une entrée tangentielle (3) d'air dit « air entrant » et d'une cheminée centrale (5) d'évacuation de l'air dit « air sortant » débouchant en partie supérieure de ladite cuve (2). Selon l'invention la cuve (2) est munie de moyens (6) permettant le guidage de l'air jusqu'au fond de la cuve (2) avec un mouvement cyclonique, agencés sur toute ou partie de la distance séparant la paroi interne de ladite cuve (2) et la paroi externe de la cheminée centrale (5), et une rampe de pulvérisation (7) est agencée au droit des moyens (6) de guidage de l'air, au moins sur partie de sa longueur, ladite rampe de pulvérisation(7) étant pourvue d'une pluralité de buses de pulvérisation (8) aptes à pulvériser un liquide sur le flux de l'air entrant.

Description

DISPOSITIF DE CONDITIONNEMENT D'AIR DU TYPE CYCLONIQUE L'invention se rattache au secteur technique des dispositifs de conditionnement d'air. Elle concerne plus particulièrement un dispositif de conditionnement d'air du type cyclonique. L'invention s'applique plus généralement à tous les domaines dans lesquels la température et l'hygrométrie de l'air doivent être régulés.
Le dispositif selon l'invention trouve également une utilisation avantageuse lorsqu'il est utilisé pour des opérations de refroidissement ou bien de récupération d'énergie. Par « refroidissement », on désigne le principe consistant à refroidir un liquide par échange thermique avec de l'air plus froid et un bulbe humide avantageux. L'utilisation d'un dispositif de conditionnement d'air pour ce type d'opération trouve une application avantageuse notamment dans les domaines de la climatisation, où il est nécessaire de refroidir des circuits d'eau chaude, par exemple la réjection de groupes frigorifique, c'est-à-dire l'évacuation de calories vers l'extérieur.
Par « récupération d'énergie », on désigne le principe consistant à effectuer l'opération inverse. En d'autres termes, il s'agit de se servir d'une source de chaleur par exemple de l'air chaud, pour réchauffer un liquide par échange thermique. L'utilisation d'un dispositif de conditionnement d'air pour ce type d'opération trouve une application avantageuse dans les industries où de l'air chaud est généré. On peut citer à titre d'exemple les laveuses industrielles rejetant de l'air chaud humide. L'invention s'applique également plus généralement à tous les domaines dans lesquels il est nécessaire de créer des échanges thermiques entre de l'air et un liquide.
Dans l'état de la technique actuel, les dispositifs de conditionnement d'air comprennent des batteries, dans lesquels circule un fluide frigorigène permettant de refroidir de l'air entrant dans lesdits dispositifs de conditionnement d'air. En pratique, de la vapeur d'eau se condense sur la surface de la batterie puis une partie de l'eau s'évapore au contact du flux d'air. Ce changement d'état s'accompagne d'un refroidissement de l'air humide par chaleur latente de vaporisation. L'eau condensée est recueillie en partie basse du dispositif de conditionnement d'air pour être ensuite évacuée.
L'objectif de ces dispositifs est donc de favoriser au maximum les échanges air/eau, pour effectuer des opérations de récupération d'énergie ou de refroidissement, mais également de façon à disposer d'une atmosphère à très forte hygrométrie, idéale par exemple pour la conservation des produits alimentaires.
Les dispositifs de conditionnement d'air de l'état de la technique sont très satisfaisants en termes de rendement mais il se trouve qu'ils possèdent plusieurs inconvénients, en particulier au regard des contraintes d'hygiène, de poids, etc. La présente invention s'est fixée pour but de remédier aux inconvénients précités d'une façon simple, sûr et rationnelle et également d'apporter d'autres avantages qui ressortiront bien de la description. Plus précisément, l'invention a pour objet un nouveau dispositif de conditionnement d'air du type cyclonique, se présentant sous la forme d'une cuve cylindrique munie dans sa partie haute d'une entrée tangentielle d'air dit « air entrant » et d'une cheminée centrale d'évacuation de l'air dit « air sortant » débouchant en partie supérieure de ladite cuve. Le dispositif se caractérise en ce que la cuve est munie de moyens permettant le guidage de l'air jusqu'au fond de la cuve avec un mouvement cyclonique, agencés sur toute ou partie de la distance séparant la paroi interne de ladite cuve et la paroi externe de la cheminée centrale et en ce qu'une rampe de pulvérisation est agencée au droit des moyens de guidage de l'air, au moins sur partie de sa longueur, ladite rampe de pulvérisation étant pourvue d'une pluralité de buses de pulvérisation aptes à pulvériser un liquide sur le flux de l'air entrant.
En d'autres termes, la configuration du dispositif est telle que l'air à traiter subit un mouvement cyclonique descendant, l'air humidifié par les rampes étant ensuite évacué par la cheminée centrale.
Le dispositif de conditionnement d'air du type cyclonique, selon l'invention est ainsi dépourvu de batteries, ce qui permet de réduire considérablement son poids par rapport aux homologues de l'état de la technique. En outre, l'absence de batterie permet de disposer d'un système plus hygiénique puisque les batteries sont en général difficiles à nettoyer. Dans un mode de réalisation préféré, les moyens de guidage de l'air se présentent sous la forme d'une paroi hélicoïdale. Cette paroi hélicoïdale et la rampe de pulvérisation sont notamment agencées de manière discontinue ou continue sur toute la hauteur de la cuve. L'agencement hélicoïdal de la rampe de pulvérisation au droit de la séparation permet de pulvériser l'eau de manière continue sur tout le flux d'air. Cette pulvérisation a plusieurs fonctions qui sont celles : - d'humidifier uniformément l'air entrant, - de récupérer les calories de l'air entrant et de le refroidir par chaleur latente de vaporisation, en pulvérisant de l'eau froide sur un air entrant chaud, et en récupérant l'eau chaude au fond de la cuve, - de refroidir l'eau pulvérisée, en pulvérisant de l'eau chaude sur un air froid entrant et en récupérant l'eau refroidie au fond de la cuve, - de saturer le degré hygrométrique de l'air entrant, - de dépolluer l'air entrant par entrainement des particules en suspension. L'agencement spécifique de cette rampe de pulvérisation permet également d'obtenir un temps d'absorption de l'air relativement long et permet un débit de pulvérisation plus important afin de limiter la différence de température entre l'air et l'eau pulvérisée. La remontée de l'air à travers la cheminée centrale permet de créer une détente et de faire retomber les gouttelettes.
Le débit d'air ainsi que le débit d'eau pulvérisée sont régulés en fonction de la capacité de l'air à absorber l'eau tout en assurant un transfert thermique satisfaisant.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les buses de pulvérisation sont orientées pour pulvériser l'eau à contre-courant du mouvement de l'air entrant permettant ainsi d'améliorer le contact entre les effluents.
De préférence, le dispositif de conditionnement d'air selon l'invention présente à son point bas, un moyen d'évacuation des condensats. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, dans lesquelles : - la figure 1 est une représentation schématique en perspective du dispositif de conditionnement d'air du type cyclonique selon l'invention. ; - la figure 2 est une représentation schématique représentant une installation comprenant le dispositif de conditionnement d'air selon l'invention, utilisé pour des opérations de régulation de température et de degré d'hygrométrie ; - la figure 3 est une représentation schématique représentant une installation comprenant le dispositif de conditionnement d'air selon l'invention, utilisé pour des opérations de récupération d'énergie ; - la figure 4 est une représentation schématique représentant une installation comprenant le dispositif de conditionnement d'air selon l'invention, utilisé pour des opérations de refroidissement ; Par simplification, les parties ou éléments d'une forme de réalisation qui se retrouvent de manière identique ou similaire dans une autre forme de réalisation seront identifiés par les mêmes références numériques et ne seront pas à nouveau décrits.
En référence à la figure 1, le dispositif de conditionnement d'air (1) du type cyclonique se présente sous la forme d'une cuve cylindrique (2). Cette cuve cylindrique (2) comprend, en partie haute, une entrée tangentielle de l'air (3) et une sortie radiale (4) débouchant d'une cheminée centrale (5). La cheminée centrale (5) communique avec le fond de la cuve cylindrique (2) sans pour autant être en contact avec celle-ci. La cuve cylindrique (2) comprend en outre une paroi hélicoïdale (6) agencée autour de la cheminée (5). Cette paroi (6) est destinée à guider l'air entrant et à lui donner un mouvement descendant cyclonique jusqu'au fond de la cuve (2). L'air remonte ensuite par la cheminée centrale (5) et s'échappe par la sortie radiale (4). La cuve (2) comprend également une rampe de pulvérisation hélicoïdale (7) agencée sur toute la hauteur de ladite cuve cylindrique (2). Cette rampe de pulvérisation (7) est équipée de buses de pulvérisation (8) orientées à contre-courant du mouvement de l'air entrant. Cette rampe assure la pulvérisation de liquide, en particulier d'eau. Cette rampe de pulvérisation (7) peut être en circuit ouvert ou bien en circuit fermé et reliée à un autre échangeur, par exemple, permettant de refroidir ou réchauffer le liquide à pulvériser. La cuve cylindrique (2) est munie à son point le plus bas d'un moyen d'écoulement (9) des condensats, par lequel les particules sont évacuées. Le dispositif de conditionnement d'air (1) selon l'invention permet un auto-nettoyage en effectuant un cycle avec de l'air et en rajoutant dans la rampe de pulvérisation (7) un produit de nettoyage. De cette manière, de l'eau nettoyante est pulvérisée par l'intermédiaire des buses de pulvérisation (8) sur le flux de l'air et par conséquent, sur les parois de la cuve cylindrique (2), de la paroi hélicoïdale (6) et de la cheminée (5). Les condensats sont ensuite récupérés au point le plus bas (9) de ladite cuve cylindrique (2). Par sa conformation spécifique, le dispositif de conditionnement d'air (1) permet également d'avoir un temps d'absorption de l'eau pulvérisée dans l'air, relativement long, favorisant au maximum l'échange thermique. Cela permet également de réduire au maximum l'écart de température entre l'air et l'eau pulvérisée, diminuant ainsi les risques de dessèchement de l'air et risques de chute du degré d'hygrométrie.
Le dispositif de conditionnement d'air (1) étant également plus hygiénique que les dispositifs de conditionnement d'air de l'art antérieur du fait qu'il ne contient pas de batteries.
Sur la figure 2, on a représenté schématiquement et à titre d'exemple non limitatif, une installation (10) comprenant le dispositif de conditionnement d'air (1) selon l'invention, utilisé pour des opérations de régulation de température et de degré d'hygrométrie. L'installation (10) est destinée à la ventilation d'une enceinte (11), tel qu'un hâloir d'affinage de produits de fromagerie par exemple, en régulant la température et le degré d'hygrométrie de celui-ci. Cette installation (10) comprend un hâloir (11), un dispositif de captage (12) de l'air à conditionner présent dans ledit hâloir (11), le dispositif de conditionnement d'air (1), ainsi qu'un ventilateur d'extraction (13) de l'air conditionné et de refoulement de celui-ci dans ledit hâloir (11). L'installation (10) représentée fonctionne en boucle fermée, l'air circulant dans le dispositif de conditionnement d'air est aspiré du hâloir et est refoulé dans celui-ci.
Dans le dispositif de conditionnement d'air (1), le mouvement de l'air se fait à contre-courant de la pulvérisation de l'eau. En pratique, l'air à conditionner, à une température t1, est aspiré du hâloir (11) par le dispositif de captage (12) et pénètre dans le dispositif de conditionnement d'air (1) par l'ouverture tangentielle (3). Une fois dans le dispositif de conditionnement d'air (1), le flux d'air adopte un mouvement cyclonique descendant, forcé par la paroi hélicoïdale (6). Tout le long du mouvement cyclonique de l'air, les buses de pulvérisation (8) présentes sur la rampe de pulvérisation hélicoïdale (7) pulvérisent de l'eau à une température t2, inférieure à t1. Les buses de pulvérisation (8) sont orientées de manière à pulvériser l'eau à contre-courant du flux d'air. t2 est inférieure à t1 mais la différence entre les deux températures est minimale pour ne pas dessécher l'air et faire chuter son degré hygrométrique. A l'issue de cette pulvérisation, on obtient une saturation hygrométrique de l'air.
L'air est également refroidi par chaleur latente de vaporisation. La force centrifuge générée grâce à la mise en oeuvre du ventilateur d'extraction (13), de l'entrée tangentielle (3) de l'air et de la paroi hélicoïdale (6) permet de séparer les particules solides et les gouttelettes. Les particules sont plaquées sur la paroi de la cuve (2). La présence de l'eau permet également de dépoussiérer l'air entrant. L'air entrant est alors dépollué par entrainement des particules en suspension. La cuve cylindrique (2) est munie à son point le plus bas d'un moyen d'écoulement (9) des condensats, par lequel les particules sont évacuées. En d'autres termes, l'installation (10) de l'invention permet non seulement de dépolluer l'air de toutes particules qu'il pourrait contenir, mais également et surtout d'établir et/ou de maintenir des conditions définies de température et d'hygrométrie dans une enceinte.
Sur la figure 3, on a représenté schématiquement et à titre d'exemple non limitatif, une installation (10) comprenant le dispositif de conditionnement d'air (1) selon l'invention utilisé pour des opérations de récupération d'énergie, l'installation (10) étant destinée au traitement et au refroidissement de l'air extrait de fours, de laveuses industrielles, ou tout air rejeté d'un process de l'industrie. Cette installation comprend une machine de process (11), un dispositif de captage de l'air (12) par l'entrée tangentielle, le dispositif de conditionnement de l'air (1), ainsi qu'un ventilateur d'extraction (13).
L'installation (10) est représentée à titre d'exemple non limitatif en fonctionnement en boucle ouverte, l'eau circulant dans la rampe de pulvérisation, de bas en haut. En pratique, de l'air chaud capté par le dispositif de captage (12) entre dans le dispositif de conditionnement de l'air (1). Les rampes de pulvérisation (7) pulvérisent de l'eau à une température proche de celle de l'air, dans le flux de cet air chaud. La force centrifuge générée grâce à la mise en oeuvre du ventilateur d'extraction (13) et de l'entrée tangentielle de l'air permet de séparer les particules solides et les gouttelettes. Les particules sont plaquées sur la paroi. La présence de l'eau permet également de dépoussiérer l'air entrant le cas échéant. D'une manière connue pour l'Homme du métier, le débit de l'air entrant et de pulvérisation de l'eau sont réglable. Le dispositif de conditionnement de l'air (1) selon l'invention fonctionne avec un débit de pulvérisation relativement faible pour diminuer la consommation d'eau entrainant ainsi une diminution du risque d'apparition de légionelles.
La cuve cylindrique (2) est munie à son point le plus bas d'un moyen d'écoulement (9) des condensats, par lequel les particules sont évacuées. Un échange thermique se produit entre l'air chaud entrant et l'eau pulvérisée. L'eau réchauffée sert ensuite à alimenter, par exemple, une batterie de préchauffage d'air ou un ballon d'eau chaude. En d'autres termes, l'installation (10) de l'invention permet non seulement de dépolluer l'air de toutes particules qu'il pourrait contenir, et en particulier les graisses, mais également et surtout de récupérer les calories générées pour le chauffage d'eau ou le préchauffage d'air. Sur la figure 4, on a représenté schématiquement et à titre d'exemple non limitatif, une installation (10) comprenant le dispositif de conditionnement d'air (1) selon l'invention utilisé pour des opérations de refroidissement d'un liquide, par l'intermédiaire de l'air extérieur par exemple. Cette installation comprend un dispositif de captage de l'air extérieur (12), le dispositif de conditionnement de l'air (1), ainsi qu'un ventilateur d'extraction (13).
En pratique, un liquide chaud à refroidir, provenant d'un groupe frigorifique par exemple, circule dans les rampes de pulvérisation, avantageusement de bas en haut. La mise en oeuvre du ventilateur d'extraction permet de capter de l'air ambiant ou de l'air extérieur par l'intermédiaire du dispositif de captage de l'air (12), et de générer un flux cyclonique d'air froid.
Le liquide chaud est alors pulvérisé sur le flux d'air entrant et est refroidi par échange thermique avec l'air ambiant ou l'air extérieur circulant selon un mouvement cyclonique dans le dispositif de conditionnement d'air.
Le liquide refroidi est alors évacué au point bas de la cuve par les moyens (9) d'évacuation des condensats. Il va de soi que l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite ci-dessus à titre d'exemple mais qu'elle s'étend à toutes les formes de réalisations couvertes par les revendications ci-annexées.

Claims (5)

  1. REVENDICATIONS1/ Dispositif de conditionnement d'air (1) du type cyclonique se présentant sous la forme d'une cuve cylindrique (2) munie dans sa partie haute d'une entrée tangentielle (3) d'air dit « air entrant » et d'une cheminée centrale (5) d'évacuation de l'air dit « air sortant » débouchant en partie supérieure de ladite cuve (2), caractérisé en ce que la cuve (2) est munie de moyens (6) permettant le guidage de l'air jusqu'au fond de la cuve (2) avec un mouvement cyclonique, agencés sur toute ou partie de la distance séparant la paroi interne de ladite cuve (2) et la paroi externe de la cheminée centrale (5) et en ce qu'une rampe de pulvérisation (7) est agencée au droit des moyens (6) de guidage de l'air, au moins sur partie de sa longueur, ladite rampe de pulvérisation(7) étant pourvue d'une pluralité de buses de pulvérisation (8) aptes à pulvériser un liquide sur le flux de l'air entrant.
  2. 2/ Dispositif de conditionnement d'air (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de guidage de l'air se présentent sous la forme d'une paroi hélicoïdale (6).
  3. 3/ Dispositif de conditionnement d'air (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la paroi hélicoïdale (6) et la rampe de pulvérisation (7) sont agencés de manière continue ou discontinue sur toute la hauteur de la cuve (2).
  4. 4/ Dispositif de conditionnement d'air (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les buses de pulvérisation (8) sont orientées pour pulvériser l'eau à contre-courant du mouvement de l'air entrant.
  5. 5/ Dispositif de conditionnement d'air (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il présente à son point bas, un moyen d'évacuation (9) des condensats.30
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