WO2014037182A1 - Unite de sechage de l'air employee dans une centrale de traitement d'air - Google Patents

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WO2014037182A1 PCT/EP2013/066602 EP2013066602W WO2014037182A1 WO 2014037182 A1 WO2014037182 A1 WO 2014037182A1 EP 2013066602 W EP2013066602 W EP 2013066602W WO 2014037182 A1 WO2014037182 A1 WO 2014037182A1
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Schneider Electric Industries SAS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F3/00—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
    • F24F3/06—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the arrangements for the supply of heat-exchange fluid for the subsequent treatment of primary air in the room units
    • F24F3/065—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the arrangements for the supply of heat-exchange fluid for the subsequent treatment of primary air in the room units with a plurality of evaporators or condensers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F3/00—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
    • F24F3/12—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling
    • F24F3/14—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification
    • F24F3/1405—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification in which the humidity of the air is exclusively affected by contact with the evaporator of a closed-circuit cooling system or heat pump circuit

Definitions

  • Air drying unit used in an air handling unit
  • the present invention relates to a drying unit used in air handling unit (generally designated CTA).
  • an air handling unit is often used in cleanrooms. It has an air drying unit. To dry the air, it is known to use a cold battery controlled by a valve. The cooler valve will allow to regulate an absolute humidity or a relative humidity of the air.
  • an air handling unit comprises in particular a mixing chamber CM in which fresh air AN is mixed with recycled air AR.
  • the air obtained at the outlet of the mixing box then has characteristics which depend on the fresh air NA and the recycled air AR introduced as input.
  • the air handling unit also includes a set consisting of a wet cold battery BF and a hot battery BC.
  • the air handling unit further comprises other elements not described in the present description.
  • the wet cold battery BF forms the unit for drying the air and thus makes it possible to cool and / or dehumidify the air obtained at the outlet of the mixing box 1.
  • the wet cold battery BF has a exchange surface between the air to be cooled and / or dehumidified and a cooling fluid.
  • the cooling fluid FR is injected into a distributor / collector and coils whose length (taking into account the characteristics of the heat exchange fins present on the coil) defines the size of the exchange surface.
  • the BC hot battery is used to heat the air dehumidified and / or cooled by the cold battery. With the hot battery, only the air temperature is changed.
  • the second evaporator has a second heat exchange surface having a lower efficiency, intended to be used in a high humidity environment.
  • the air to be cooled and dehumidified passes through the first evaporator and then the second evaporator positioned in series.
  • the object of the invention is to propose a solution for reducing the energy consumption generated by the drying of air in an air handling unit.
  • This goal is achieved by modulating the exchange surface of the heat exchanger which allows to dry only part of the air and thus to cool only this part of the air.
  • the air to be heated by the hot battery will be less.
  • an air drying unit employed in an air handling unit said unit comprising:
  • the first wet cold battery comprising a first exchange surface between the air to be cooled and / or dehumidified and a cooling fluid
  • At least one second wet cold battery connected in parallel with the first wet cold battery with respect to the air flow and comprising a second exchange surface between the air to be cooled and / or dehumidified and the cooling fluid, a second valve for controlling the flow rate of the cooling fluid through the second exchange surface,
  • means for controlling the first valve and the second valve arranged to adapt the size of the exchange surface and / or the flow rate of the cooling fluid through the first exchange surface and the second exchange surface at the need cooling and / or dehumidification of the air.
  • the first cooling coil and the second cooling coil are identical.
  • the first valve and the second valve (210) are of analog type, for controlling the start of the cooling fluid respectively in the first wet cold battery and the second wet cold battery.
  • the first valve is of analog type, making it possible to control the flow rate of the cooling fluid in the first wet cold battery and in that the second valve is of all-or-nothing type.
  • control means comprise means of comparison between the operating state of the drying unit and a memorized model defining the sufficient exchange surface to be used to meet the need for drying with an energy consumption. weaker possible.
  • FIG. 1 represents an air handling unit as used in the state of the art
  • FIG. 2 represents a drying unit of the state of the art
  • FIG. 4 represents an air treatment unit comprising a drying unit according to the invention
  • FIG. 5A represents the drying unit of the invention according to a first embodiment
  • FIG. 5B represents the drying unit of the invention according to a second embodiment
  • the invention relates to a drying unit used in an air handling unit.
  • the air handling unit has already been described above in connection with FIG.
  • the object of the invention is to reduce the energy consumption generated by the drying of the air in the wet cold battery and therefore the energy consumption of the hot battery which must compensate for the unnecessary cooling of the wet cold battery.
  • the invention consists in splitting the cold wet battery BF as described in the state of the art into at least two parts and presenting them in parallel with respect to the incoming air duct.
  • part of the air to be treated may be brought to a drying and cooling zone while another part of the air will be brought to a no-effect zone.
  • the air to be treated will not necessarily be cooled by one of the two cold batteries.
  • the generated electrical losses are significant.
  • the solution of the invention optimizes energy consumption by cooling only a portion of the air.
  • the solution of the invention is to add at least a second wet cold battery or, in other words, to split the wet cold battery into several parts, for example in two parts.
  • a second wet cold battery or, in other words, to split the wet cold battery into several parts for example in two parts.
  • the more wet cold batteries or the cold wet battery has sections the easier it is to adapt the size of the exchange surface to the amount of air to cool and / or dehumidify.
  • the first wet cold battery BF1 thus has a first exchange surface
  • the second wet cold battery BF2 has a second exchange surface.
  • the two wet cold batteries BF1, BF2 are connected in parallel with respect to the cooling fluid and with respect to the incoming air duct.
  • the diagram shown in FIG. 6 illustrates this principle, in connection with FIG. 4. Only the first wet cold battery BF1 is active. The air is initially in a state 1.
  • a first part of the air passed on the first exchange surface formed by the first wet cold battery BF1 comes out in state 2 while the second part of the air which is passed on the second exchange surface formed by the second cold wet BF2 (not active), is in a state 3, which is identical to the state 1.
  • the first part of the air that is in state 2 goes to state 4 after passing through the hot battery BC while the second part of the air goes to state 5 after passing through the hot battery BC. Mixing the two parts of air provides air which is ultimately to the state 6.
  • the two wet cooling coils are chosen to be identical.
  • the drying unit comprises control means 4 of the two control valves.
  • the first wet cold battery BF1 has an inlet and an outlet for the cooling fluid FR and the second cold battery BF2 also has an inlet and an outlet for the cooling fluid FR.
  • the input of the first wet cold battery is regulated by an analog valve 200 and connected, upstream of said analog valve 200, to the input of the second wet cold battery BF2. .
  • the inlet of the second wet cold battery BF2 is also regulated by an analog valve 210.
  • the two analog valves 200, 210 make it possible to control the flow rate of the cooling fluid in the first wet cold battery BF1 and in the second wet cold battery BF2.
  • the output of the first wet cold battery BF1 is connected directly to the output of the second wet cold battery BF2.
  • FIG. 5A the input of the first wet cold battery is regulated by an analog valve 200 and connected, upstream of said analog valve 200, to the input of the second wet cold battery BF2.
  • the inlet of the second wet cold battery BF2 is also regulated by an analog valve 210.
  • the two analog valves 200, 210 make it possible to control the flow rate of the cooling fluid in the first wet cold battery BF1 and in the second we
  • the input of the first wet cold battery BF1 is regulated by an analog valve 201 and is connected, downstream of said analog valve 201, to the input of the second cold battery. wet BF2.
  • the input of the second wet cold battery is then regulated by an on-off valve 21 1.
  • the output of the first wet cold battery BF1 is connected directly to the output of the second wet cold battery BF2.
  • the regulation of the valves 200, 210, 201, 21 1 requires an adapted algorithm making it possible to reduce as much as possible the size of the exchange surface used and therefore the number of wet cold batteries used.
  • the control means 4 combine two actions. The first action is to play on increasing or decreasing the flow rate of circulating coolant in the wet cold batteries. The second action is to increase or reduce the exchange surface.
  • the regulation thus involves comparing the current operating status of the drying unit to a stored template. For different operating points, the model defines the area of exchange sufficient to meet the need for drying at the lowest possible energy consumption.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

Unité de séchage de l'air employée dans une centrale de traitement d'air
Domaine technique de l'invention
La présente invention se rapporte à une unité de séchage employée dans centrale de traitement d'air (désignée généralement CTA).
Etat de la technique
De manière connue, une centrale de traitement d'air est souvent utilisée dans les salles blanches. Elle comporte une unité de séchage de l'air. Pour sécher l'air, il est connu d'employer une batterie froide commandée par une vanne. La vanne de la batterie froide va permettre de réguler une humidité absolue ou une hygrométrie de l'air.
En référence à la figure 1 , une centrale de traitement d'air comporte notamment un caisson de mélange CM dans lequel de l'air neuf AN est mélangé avec de l'air recyclé AR. L'air obtenu en sortie du caisson de mélange présente alors des caractéristiques qui dépendent de l'air neuf AN et de l'air recyclé AR introduits en entrée. La centrale de traitement d'air comporte également un ensemble composé d'une batterie froide humide BF et d'une batterie chaude BC. La centrale de traitement d'air comporte par ailleurs d'autres éléments non décrits dans la présente description.
En référence à la figure 2A, la batterie froide humide BF forme l'unité de séchage de l'air et permet donc de refroidir et/ou déshumidifier l'air obtenu en sortie du caisson de mélange 1. La batterie froide humide BF comporte une surface d'échange entre l'air à refroidir et/ou déshumidifier et un fluide de refroidissement. Le fluide de refroidissement FR est injecté dans un distributeur/collecteur et des serpentins dont la longueur (en tenant compte des caractéristiques des ailettes d'échange thermique présentes sur le serpentin) définit la taille de la surface d'échange.
La batterie chaude BC est employée pour réchauffer l'air déshumidifié et/ou refroidi par la batterie froide. Avec la batterie chaude, seule la température de l'air est modifiée.
En référence aux figures 1 et 2B, l'air entrant à un état 1 dans le caisson de mélange puis est déshumidifié par la batterie froide humide BF de manière à passer à un état 2. Il est ensuite réchauffé par la batterie chaude BC jusqu'à l'état 3.
Il est connu du brevet US6105387 une centrale de traitement de l'air employant deux évaporateurs. Le premier évaporateur comporte une première surface d'échange thermique à haute efficacité, destinée à être employée dans un
FEU I LLE DE REM PLACEM ENT (RÈG LE 26) environnement à faible taux d'humidité, et le second évaporateur comporte une deuxième surface d'échange thermique ayant une efficacité moindre, destiné à être employé dans un environnement à fort taux d'humidité. Dans cette solution, l'air à refroidir et déshumidifier traverse le premier évaporateur puis le deuxième évaporateur positionnés en série.
Dans cette solution de l'état de la technique tout l'air à sécher passe à travers les deux surfaces d'échange. La quantité d'air à réchauffer après le séchage est donc importante, entraînant une augmentation de la consommation énergétique.
Il en est de même dans les brevets antérieurs GB1559607 et GB1314341 .
Le but de l'invention est de proposer une solution pour réduire la consommation énergétique engendrée par le séchage de l'air dans une centrale de traitement d'air.
Exposé de l'invention
Ce but est atteint en modulant la surface d'échange de l'échangeur thermique ce qui permet de ne sécher qu'une partie de l'air et donc de ne refroidir que cette partie de l'air. L'air à réchauffer par la batterie chaude sera donc moindre.
Plus précisément, ce but est atteint par une unité de séchage de l'air employée dans une centrale de traitement d'air, ladite unité comprenant :
une entrée recevant un flux d'air à refroidir et/ou déshumidifier et une sortie,
caractérisé en ce que l'unité de séchage de l'air comporte un ensemble de traitement positionnée entre l'entrée d'air et la sortie d'air et comprenant :
une première batterie froide humide pour refroidir et/ou déshumidifier l'air,
- la première batterie froide humide comprenant une première surface d'échange entre l'air à refroidir et/ou déshumidifier et un fluide de refroidissement,
une première vanne pour commander le débit du fluide de refroidissement à travers la première surface d'échange,
- au moins une deuxième batterie froide humide montée en parallèle de la première batterie froide humide par rapport au flux d'air et comprenant une deuxième surface d'échange entre l'air à refroidir et/ou déshumidifier et le fluide de refroidissement, une deuxième vanne pour commander le débit du fluide de refroidissement à travers la deuxième surface d'échange,
des moyens de commande de la première vanne et de la deuxième vanne, agencés pour adapter la taille de la surface d'échange et/ou le débit du fluide de refroidissement à travers la première surface d'échange et la deuxième surface d'échange au besoin de refroidissement et/ou de déshumidification de l'air.
Selon une particularité, la première batterie froide et la deuxième batterie froide sont identiques.
Selon une particularité, la première vanne et la deuxième vanne (210) sont de type analogique, permettant de contrôler le début du fluide de refroidissement respectivement dans la première batterie froide humide et dans la deuxième batterie froide humide.
Selon une autre particularité, la première vanne est de type analogique, permettant de contrôler le débit du fluide de refroidissement dans la première batterie froide humide et en ce que la deuxième vanne est de type tout-ou-rien.
Selon une autre particularité, les moyens de commande comportent des moyens de comparaison entre l'état de fonctionnement de l'unité de séchage et un modèle mémorisé définissant la surface d'échange suffisante à utiliser pour répondre au besoin de séchage avec une consommation énergétique la plus faible possible.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit faite en regard des dessins annexés qui représentent :
- la figure 1 représente une centrale de traitement d'air telle qu'employée dans l'état de la technique,
- la figure 2 représente une unité de séchage de l'état de la technique,
- la figure 3 représente le diagramme de changement de température de l'air humide avec une solution de l'état de la technique,
- la figure 4 représente une centrale de traitement d'air comprenant une unité de séchage conforme à l'invention,
la figure 5A représente l'unité de séchage de l'invention selon un premier mode de réalisation, - la figure 5B représente l'unité de séchage de l'invention selon un deuxième mode de réalisation,
- la figure 6 représente le diagramme de changement de température de l'air humide avec la solution de l'invention.
Description détaillée d'au moins un mode de réalisation
L'invention concerne une unité de séchage employée dans une centrale de traitement de l'air.
La centrale de traitement de l'air a déjà été décrite ci-dessus en liaison avec la figure 1 .
L'objectif de l'invention est de réduire la consommation énergétique engendrée par le séchage de l'air dans la batterie froide humide et par conséquent la consommation énergétique de la batterie chaude qui doit compenser le refroidissement inutile de la batterie froide humide.
L'invention consiste à scinder la batterie froide humide BF telle que décrite dans l'état de la technique en au moins deux parties et de les présenter en parallèle par rapport au conduit d'air entrant. Ainsi une partie de l'air à traiter pourra être amenée sur une zone de séchage et de refroidissement tandis qu'une autre partie de l'air sera amené sur une zone sans effet. L'air à traiter ne sera donc pas forcément refroidi par l'une des deux batteries froides. Dans l'état de la technique, comme la batterie froide est dimensionnée pour un besoin maximal de séchage, les pertes électriques engendrées s'avèrent importantes. La solution de l'invention permet d'optimiser la consommation énergétique en ne refroidissant qu'une partie de l'air.
Plus précisément, en référence aux figures 5A et 5B, la solution de l'invention consiste à ajouter au moins une deuxième batterie froide humide ou, autrement dit, à scinder la batterie froide humide en plusieurs parties, par exemple en deux parties. Bien entendu, il serait possible d'utiliser plus de deux batteries froides humides ou de scinder la batterie froide humide en plus de deux parties. Plus on a de batteries froides humides ou plus la batterie froide humide présente de sections, plus il est aisé d'adapter la taille de la surface d'échange à la quantité d'air à refroidir et/ou déshumidifier. Dans la suite de la description, nous considérerons une unité de séchage à deux batteries froides humides, désignées ci-après première batterie froide humide BF1 et deuxième batterie froide humide BF2. La première batterie froide humide BF1 comporte ainsi une première surface d'échange et la deuxième batterie froide humide BF2 comporte une deuxième surface d'échange.
Selon l'invention, les deux batteries froides humides BF1 , BF2 sont raccordées en parallèle par rapport au fluide de refroidissement et par rapport au conduit d'air entrant. De cette manière, en commandant une seule batterie froide humide, seulement une partie de l'air va être refroidie et/ou déshumidifier tant qu'une autre partie de l'air restera dans le même état. Le diagramme représenté sur la figure 6 illustre ce principe, en liaison avec la figure 4. Seule la première batterie froide humide BF1 est active. L'air est initialement dans un état 1 . Puis après passage dans l'unité de séchage, une première partie de l'air passée sur la première surface d'échange formée par la première batterie froide humide BF1 sort à l'état 2 tandis que la deuxième partie de l'air qui est passée sur la deuxième surface d'échange formée par la deuxième froide humide BF2 (non active), est dans un état 3, qui est identique à l'état 1 . La première partie de l'air qui est à l'état 2 passe à l'état 4 après passage à travers la batterie chaude BC tandis que la deuxième partie de l'air passe à l'état 5 après passage à travers la batterie chaude BC. Le mélange des deux parties d'air permet d'obtenir un air qui est finalement à l'état 6.
Préférentiellement, les deux batteries froides humides sont choisies identiques.
Selon l'invention, l'unité de séchage comporte des moyens de commande 4 des deux vannes de régulation.
La première batterie froide humide BF1 comporte une entrée et une sortie pour le fluide de refroidissement FR et la deuxième batterie froide BF2 comporte également une entrée et une sortie pour le fluide de refroidissement FR.
Dans le premier mode de réalisation représenté sur la figure 5A, l'entrée de la première batterie froide humide est régulée par une vanne analogique 200 et connectée, en amont de ladite vanne analogique 200, à l'entrée de la deuxième batterie froide humide BF2. L'entrée de la deuxième batterie froide humide BF2 est également régulée par une vanne analogique 210. Les deux vannes analogiques 200, 210 permettent de contrôler le débit du fluide de refroidissement dans la première batterie froide humide BF1 et dans la deuxième batterie froide humide BF2. La sortie de la première batterie froide humide BF1 est connectée directement à la sortie de la deuxième batterie froide humide BF2. Dans le deuxième mode de réalisation représenté sur la figure 4, l'entrée de la première batterie froide humide BF1 est régulée par une vanne analogique 201 et est connectée, en aval de ladite vanne analogique 201 , à l'entrée de la deuxième batterie froide humide BF2. L'entrée de la deuxième batterie froide humide est alors régulée par une vanne tout-ou-rien 21 1 . La sortie de la première batterie froide humide BF1 est connectée directement à la sortie de la deuxième batterie froide humide BF2.
La régulation des vannes 200, 210, 201 , 21 1 nécessite un algorithme adapté permettant de réduire le plus souvent possible la taille de la surface d'échange employée et donc le nombre de batteries froides humides employées. Pour assurer la régulation, les moyens de commande 4 combinent deux actions. La première action consiste à jouer sur l'augmentation ou la diminution du débit du fluide de refroidissement en circulation dans les batteries froides humides. La deuxième action consiste à augmenter ou réduire la surface d'échange. La régulation consiste ainsi à comparer l'état de fonctionnement actuel de l'unité de séchage à un modèle mémorisé. Pour différents points de fonctionnement, le modèle définit la surface d'échange suffisante pour répondre au besoin de séchage à une consommation énergétique la plus faible possible.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Unité de séchage de l'air employée dans une centrale de traitement d'air, ladite unité comprenant :
Une entrée recevant un flux d'air à refroidir et/ou déshumidifier et une sortie,
caractérisé en ce que l'unité de séchage de l'air comporte un ensemble de traitement positionnée entre l'entrée d'air et la sortie d'air et comprenant :
- une première batterie froide humide (BF1 ) pour refroidir et/ou déshumidifier l'air,
la première batterie froide humide (BF1 ) comprenant une première surface d'échange entre l'air à refroidir et/ou déshumidifier et un fluide de refroidissement (FR),
- une première vanne (200, 201 ) pour commander le débit du fluide de refroidissement (FR) à travers la première surface d'échange, au moins une deuxième batterie froide humide (BF2) montée en parallèle de la première batterie froide humide (BF1 ) par rapport au flux d'air et comprenant une deuxième surface d'échange entre l'air à refroidir et/ou déshumidifier et le fluide de refroidissement (FR), une deuxième vanne (210, 21 1 ) pour commander le débit du fluide de refroidissement à travers la deuxième surface d'échange,des moyens de commande (4) de la première vanne et de la deuxième vanne, agencés pour adapter, au besoin de refroidissement et/ou de déshumidification de l'air, la taille de la surface d'échange totale à utiliser et/ou le débit du fluide de refroidissement à travers la première surface d'échange et la deuxième surface d'échange.
2. Unité de séchage selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la première batterie froide et la deuxième batterie froide sont identiques.
3. Unité de séchage selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la première vanne (200) et la deuxième vanne (210) sont de type analogique, permettant de contrôler le début du fluide de refroidissement respectivement dans la première batterie froide humide (BF1 ) et dans la deuxième batterie froide humide (BF2).
4. Unité de séchage selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la première vanne (201 ) est de type analogique, permettant de contrôler le débit du fluide de refroidissement dans la première batterie froide humide et en ce que la deuxième vanne (21 1 ) est de type tout-ou-rien.
5. Unité de séchage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de commande (4) comportent des moyens de comparaison entre l'état de fonctionnement de l'unité de séchage et un modèle définissant la surface d'échange totale à utiliser pour répondre au besoin de séchage à une consommation énergétique la plus faible possible.
PCT/EP2013/066602 2012-09-05 2013-08-08 Unite de sechage de l'air employee dans une centrale de traitement d'air Ceased WO2014037182A1 (fr)

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