WO2024052508A1 - Dispositif de climatisation par refroidissement indirect par évaporation - Google Patents

Dispositif de climatisation par refroidissement indirect par évaporation Download PDF

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WO2024052508A1
WO2024052508A1 PCT/EP2023/074684 EP2023074684W WO2024052508A1 WO 2024052508 A1 WO2024052508 A1 WO 2024052508A1 EP 2023074684 W EP2023074684 W EP 2023074684W WO 2024052508 A1 WO2024052508 A1 WO 2024052508A1
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WO
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wet
stack
air
collection chamber
dry
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PCT/EP2023/074684
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Stéphane LIPS
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Caeli Energie
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    • F24F5/0007—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater cooling apparatus specially adapted for use in air-conditioning
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    • F24F5/0035—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater cooling apparatus specially adapted for use in air-conditioning using evaporation
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28C—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA COME INTO DIRECT CONTACT WITHOUT CHEMICAL INTERACTION
    • F28C3/00—Other direct-contact heat-exchange apparatus
    • F28C3/06—Other direct-contact heat-exchange apparatus the heat-exchange media being a liquid and a gas or vapour
    • F28C3/08—Other direct-contact heat-exchange apparatus the heat-exchange media being a liquid and a gas or vapour with change of state, e.g. absorption, evaporation, condensation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D5/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, using the cooling effect of natural or forced evaporation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F28D9/0043—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another

Definitions

  • the technical field of the invention is an air cooling device by indirect evaporative cooling.
  • Indirect evaporative cooling air coolers also referred to as indirect adiabatic dew point coolers, have been known for several decades.
  • FIG. 1 The principle of such coolers is shown schematically in Figure 1. It is based on the use of an evapo-exchanger, within which the incoming air (arrow Fi in phantom in Figure 1) is cooled, without humidification. , potentially up to its dew point. Cooling is produced by air circulation in contact with a Pi plate, called a cooling plate, cooled by evaporation of water. The cooling plate has a dry face, in contact with which the air to be cooled flows, and a wet face, wetted by water, the water being symbolized by circles in Figure 1. In Figure 1, the mixed dashed arrows represent cooled or cooling air.
  • Part of the cooled air, in contact with the dry side of the cooling plate, is evacuated, so as to cool a part: arrow Fj.
  • Another part of the cooled air is reinjected into the cooler and directed so as to flow in contact with the wet face of the cooling plate: arrow F 3 .
  • the air thus reinjected heats up, evaporating the water present on the wet side of the cooling plate. This results in a drop in the temperature of the cooling plate.
  • the air thus heated, loaded with humidity, is then evacuated outside the room.
  • a first object of the invention is an air conditioning device with indirect evaporative cooling, the device being intended to blow cooled air into a room, the device comprising:
  • each plate having a dry face opposite a wet face, the wet face of each plate being configured to be wetted by water, each plate being intended to be cooled under the effect of evaporation of water, from the wet side, each plate extending along a longitudinal axis, between a first border and a second border, each border forming one end of the plate in a plane perpendicular to the transverse axis; the device being such that, in each stack:
  • each dry channel is adjacent to a wet channel, two adjacent dry and wet channels respectively being connected by a fluid junction; - each dry channel extends, along the longitudinal axis, between an air inlet, connected to the air intake, and a cold outlet, the cold outlet being intended for an evacuation of cooled air following the air flow in the dry channel;
  • each wet channel extends along the longitudinal axis, between the fluid junction and a wet outlet, the wet outlet being intended for an evacuation of humidified air following the flow in the wet channel;
  • each wet channel is distributed along a lateral axis, perpendicular to the longitudinal axis and the transverse axis;
  • the stack comprises several wet pipes, distributed along the lateral axis, each wet pipe being connected to several wet outlets of different respective wet channels of the stack, each wet pipe being configured to receive humidified air emerging from different channels damp;
  • the wet collection chamber opens onto an evacuation opening, configured to evacuate the humid air collected in the wet collection chamber, the wet collection chamber extending between the wet pipes of the stack and the opening of 'evacuation.
  • the device comprises several wet collection chambers, each wet collection chamber being connected to one or more stacks, the respective evacuation openings of the wet collection chambers opening into the same secondary collection chamber, so that the The air emerging from each of said wet collection chambers is collected in the secondary collection chamber.
  • the device may comprise two adjacent stacks, each stack comprising several wet pipes, distributed along the lateral axis, each wet pipe being connected to several wet outlets of different respective wet channels of the stack, each wet pipe being configured to receive humidified air emerging from different humid channels.
  • the wet collection chamber can extend between the two adjacent stacks.
  • the device comprises two adjacent stacks along the transverse axis; the wet pipes from said two adjacent stacks open into the wet collection chamber.
  • the device comprises two adjacent stacks, along the longitudinal axis, the adjacent stacks being arranged on either side of a central cavity;
  • each stack comprises:
  • a front part comprising the air inlets of the dry channels and the wet outlets of the wet channels of the stack, as well as the wet pipes;
  • the wet collection chamber may be configured to direct air from the front portion to the rear portion of the stack, with the exhaust opening emerging from the rear portion of the stack.
  • each stack comprises
  • a front part comprising the air inlets of the dry channels and the wet outlets of the wet channels of the stack, as well as the wet pipes;
  • the wet collection chamber may be configured to direct air from the front portion toward the longitudinal face of the stack, with the exhaust opening extending across the longitudinal face of the stack.
  • the device comprises a cold collection chamber, connected to the respective cold outlets of dry channels of the stack, the cold collection chamber being configured to collect the air emerging from each cold outlet.
  • each intake pipe being connected to several dry inlets of different respective dry channels of the stack, each intake pipe being configured to distribute the air to be cooled in different dry channels; - the intake pipes extend from the same intake chamber, the intake chamber forming the air inlet to be cooled.
  • each wet pipe extends, perpendicular to the transverse axis, in a cross section
  • each wet collection chamber extends, perpendicular to the transverse axis, in a cross section
  • the cross section of the or each wet collection chamber is greater than the cross section of each wet pipe to which the or each wet collection chamber is connected.
  • Figure 1 describes the principles of adiabatic cooling.
  • Figure 2 shows an example of stacking of plates, forming dry channels and wet channels.
  • Figures 3A to 3J show a first embodiment of the invention
  • Figures 4A to 4C show a second embodiment of the invention.
  • Figure 2 shows a detail of a stack 30 of plates of a device which is the subject of the invention.
  • the device is intended to blow cooled air into a room.
  • the geometry of the stack is similar to that described in application PCT/EP2022/0055490.
  • the stack can include a few dozen, or even hundreds of plates, for example between 30 and 1000 plates 10.
  • the plates 10 are arranged parallel to each other, perpendicular to a transverse axis Z.
  • Each plate 10 extends parallel to a plane P X Y-
  • Each plate extends, parallel to a longitudinal axis , according to a height h. The height h depends on the number of plates.
  • each plate 10 has a wet face 10 w and a dry face 10d.
  • the respectively dry and wet faces of the same plate are opposite, in the sense that they are spaced apart by the thickness of the plate.
  • the thickness of each plate, along the Z axis is as small as possible, taking into account mechanical strength constraints. The thickness depends on the material forming the plate. The thickness can be between 10 pm and 1 mm, or even between 10 p.m. and 500 p.m.
  • the invention exploits the conduction of heat along the Z axis, through each plate 10.
  • a 10 w wet face is intended to be wetted with water as regularly as possible.
  • the water can be placed directly on the plate, or indirectly, the plate comprising, at the wet side, a material, called wet material, soaked in water. It may for example be a material allowing water to be pumped by capillary action, from a water supply.
  • the material may for example include cellulose or a polymer structure. Wetting of a wet face can also be ensured by fluidic channels, provided along the wet face, and allowing pumping of water by capillary action, from the water supply.
  • plaque includes a possible capillary structure formed or deposited on the plaque.
  • the stacking is such that the wet (respectively dry) sides of two consecutive plates face each other.
  • Two wet faces 10 w facing each other, and belonging to two adjacent plates, delimit a wet channel 20 w .
  • the channels, dry or wet, are delimited by two lateral uprights, not shown, extending along a plane XZ.
  • the side uprights are spaced from each other by the width L of each plate, along the lateral axis Y.
  • the stack is formed by an alternation between dry channels 20d and wet channels 20 w .
  • Each dry channel extends , along the longitudinal axis dry and wet channels.
  • the cold outlet 20d, or t may be intended to be connected to a cooled air exhaust, configured to blow the cooled air inside the room.
  • the air to be cooled is sucked into the device by a ventilation system, not shown in Figure 2, through an intake.
  • the ventilation system includes one or more fans.
  • the air to be cooled is admitted parallel to a longitudinal axis X.
  • Each dry channel 20d is connected to an adjacent wet channel 20 w by a fluid junction 21.
  • Each wet channel 20 w extends, along the longitudinal axis X, between the fluid junction 21 and a wet outlet 20 w , or t.
  • the fluid junction 21 is arranged between the air inlet 20dj n and the cold outlet 20d, or t, or at the level of the cold outlet 20d, or t-
  • the fluid junction 21 is advantageously closer to the cold outlet 20d, or t than to the air inlet 20d, in.
  • the fluid junction 21 is arranged in the dry channel 20d, upstream of the cold outlet 20d, or t or at the level of the cold outlet.
  • the device 1 is such that under the effect of the ventilation system, part of the air flowing through a dry channel 20d is admitted into a wet channel 20 w adjacent to it through the fluidic junction 21.
  • the junction fluidic 21 can be formed by a simple opening made in the plate separating the wet channel from the dry channel. In the examples shown, the fluid junction 21 is formed at a second edge, forming a longitudinal end of the plate. Part of the cooled air is then sucked into at least one wet channel 20 w adjacent to the dry channel 20d, at the level of the cold outlet 20d, O ut-The flow rate of air flowing in the wet channel 20 w is adjusted by the device's ventilation system. This is facilitated by the fact that the flow, in each dry channel, is preferably carried out according to a laminar regime, the air speed being for example between 0.5 ms 1 and 3 m.s' i
  • the fluid junction 21, coupled to the ventilation system, can be such that 50 to 75% of the air flow flows towards the cold outlet 20d, or t, while 25% to 50% of the air flow flows flows through the fluidic junction, towards the wet channel 20 w .
  • the length l can be between 5 cm and lm, and preferably between 10 cm and 30 cm.
  • the length l is preferably:
  • width L for example at least 1.5 times less, or even at least 2 times less or at least 3 times less than the width L.
  • the height h for example at least 1.5 times lower, or even at least 2 times lower or at least 3 times lower than the height h.
  • Two adjacent plates 10 are spaced from one another, parallel to the Z axis, at a distance preferably less than 2 cm, or even less than 1 cm or 0.5 cm.
  • the spacing between two adjacent plates can advantageously be between 0.5 mm and 2 mm.
  • each plate is flat. According to possible variants, the edges of two adjacent plates can move closer or further away from each other. The bringing together and moving away of two adjacent plates makes it possible to respectively form openings and partitions.
  • An example of plate ruzement is described in connection with Figure 3A.
  • Each plate 10 comprises lights 11, extending around an axis parallel to the transverse axis Z.
  • the first lights 11 are preferably arranged near the same longitudinal edge of each plate.
  • longitudinal edge we mean one of the edges of the plate 10 along the longitudinal axis longitudinal axis 11 forms a 20 w wet outlet, out of a 20 w wet channel.
  • a wet channel 20 w is in fluidic communication with at least one first light 11.
  • Two first lights 11, respectively formed on two adjacent plates, delimiting the same dry channel 20d, and aligned along the evacuation axis, are connected to each other by a sealed wall 15, crossing the dry channel and forming a wet pipe.
  • the waterproof wall is tubular, around the evacuation axis.
  • the stack is arranged so that different waterproof walls are aligned around an axis parallel to the transverse axis. Each alignment forms a wet pipe 17.
  • Each tubular watertight wall 15 crossing a dry channel 20d can be obtained by a watertight seal, or by a local rimpedement of the walls delimiting the dry channel, as shown in Figure 3A.
  • Figures 3A to 3J show a first embodiment of a device according to the invention.
  • Figure 3A part of a stack 30 of plates 10 is shown.
  • Figure 3A is a 3D representation from a torque plane parallel to the transverse axis Z and the lateral axis Y.
  • the plates 10 of the stack 30 alternately delimit dry channels 20d and wet channels 20 w .
  • the dry channels 20d comprise sealed walls 15. Each sealed wall 15 crossing a dry channel is obtained by locally bringing together the two plates delimiting said channel. In this example, the plates delimiting each dry channel are placed in contact with one another, which forms the sealed wall 15.
  • FIG 3B is an enlarged view of the stack shown in Figure 3A.
  • Each wet pipe is connected to several wet outlets from different respective wet channels of the stack.
  • Each wet pipe receives humidified air emerging from different wet channels
  • FIG. 3C shows two adjacent stacks 30i, 30 s identical to the stack 30 shown in Figures 3A and 3B.
  • 30 i stacks; 30 s extend along the transverse axis Z.
  • a wet collection chamber 35 extends between the stacks 30 i; 30s.
  • the humid collection chamber 35 is intended to receive the humid air flowing through different humid pipes 17 of at least one stack.
  • the wet collection chamber 35 comprises inlet openings 37 and an evacuation opening 39.
  • Each inlet opening 37 is connected to a wet pipe 17.
  • Each wet pipe 17 opens onto an intake opening 37.
  • each stack comprises several wet pipes 17, distributed along the lateral axis Y.
  • Each wet pipe 17 is connected to several wet outlets of different respective wet channels of the stack.
  • Each wet pipe is configured to receive humidified air emerging from different wet channels.
  • the wet collection chamber 35 extends between the two adjacent stacks. Thus, the wet pipes 17 of the two adjacent stacks open into the wet collection chamber.
  • the wet collection chamber 35 opens onto the evacuation opening 39. The latter is configured to evacuate the humid air collected in the wet collection chamber 35.
  • the wet collection chamber 35 extends between the pipes wet from the stack 17 and the evacuation opening 39.
  • Each wet pipe 17 extends, in a plane perpendicular to the transverse axis Z, in a cross section.
  • the wet collection chamber 35 extends, in a plane perpendicular to the transverse axis Z, in a cross section.
  • the cross section of the wet collection chamber 35 is greater than the cross section of each wet pipe 17.
  • the cross section of the wet collection chamber 35 is equal, or at least equal to the accumulation of the cross sections of each pipe humidity to which it is connected. This limits the pressure loss.
  • the wet collection chamber is delimited, along the transverse axis Z, by a lower wall 35j and an upper wall 35s .
  • the wet collection chamber has inlet openings 37 provided on the lower wall 35j and on the upper wall 35s .
  • the inlet openings provided on the lower wall collect the humidified air coming from the humid pipes 17 of the lower stack 30j.
  • the inlet openings provided on the upper wall collect the humidified air coming from the humid pipes 17 of the upper stack 30 s .
  • the upper face 35 s of the wet collection chamber 35 is shown.
  • each stack 30 extends between a front face 30f and a rear face 30 r .
  • the front and back faces are opposite each other.
  • the front and rear faces extend parallel to the longitudinal axis Y and the transverse axis Z.
  • the front and rear faces are connected by two lateral faces 3O
  • Each lateral face 30i extends along the transverse axis Z and the longitudinal axis X.
  • the inlet of each dry channel and the outlet of each wet channel open onto the front face.
  • the wet pipes 17 extend along the front face.
  • the wet collection chamber extends from the front side to the rear side.
  • the evacuation opening 39 opens from the rear face.
  • Figure 3E only the plates extending at the ends of the stack are shown on each stack. It is the same for Figures 3F to 3J.
  • the cooled air emerges from each dry channel, at the rear face 30 r of each stack.
  • Figure 3F shows different stacks 30 a , 30j, 30 s forming a first part IA of a device 1.
  • the stacks 30j, 30 s are adjacent stacks along the transverse axis Z.
  • a first wet collection chamber 35i is arranged between the two stacks 30j and 30 s .
  • a second wet collection chamber 352 is arranged between the two stacks 30i and 30a .
  • the stack 30j is segmented into two halves. The humid air emerging from a first half of the humid channels, closest to the first humid collection chamber 35i, propagates towards the latter.
  • the humid air from a second half of the channels, closest to the second humid collection chamber 352 propagates towards the latter.
  • the flow of humid air, through the stacks has been shown by straight arrows
  • the direction of the flow of the humid air emerging from each wet channel depends on the relative position of the wet channel relative to the collection chambers coupled to the stack.
  • Such a configuration makes it possible to reduce the pressure loss resulting from the flow of humid air through the wet pipes.
  • the distance between each outlet of a wet channel and the wet collection chamber is less than or equal to half the height h of the stack. If the humidified air flowing from all wet channels flowed to the same wet collection chamber, the distance between each outlet of a wet channel and the wet collection chamber could be between h/2 and h for the most distant channels. This would lead to an increase in pressure loss, which would result in greater energy consumption of the device's ventilation system.
  • the maximum distance traveled by the humid air, between an outlet of a wet channel and the wet collection chamber is less than or equal to h/2.
  • a secondary collection chamber 40 is also shown.
  • the secondary collection chamber 40 is connected to several wet collection chambers.
  • the secondary collection chamber 40 is connected to the first wet collection chamber 35i and to the second wet collection chamber 352.
  • the secondary collection chamber 40 has different inlet openings 41, each inlet opening being configured to be connected to an evacuation opening 39 of a wet collection chamber 35.
  • the secondary collection chamber 40 includes an evacuation opening 42. The evacuation opening 42 allows evacuation of air 'being flowed through the secondary collection chamber 40.
  • each stack 30 is coupled to at least one wet collection chamber 35.
  • different wet collection chambers 35 are associated with the same secondary collection chamber. This arrangement allows a certain homogenization (within ⁇ 10% or ⁇ 20%) of the air flow in each wet column, and consequently, in each wet channel. This is due to the fact that the pressure loss seen by the humid air propagating in each wet channel is relatively homogeneous in the different wet channels.
  • FIG. 3G there is shown an inlet 51 of an evacuation chamber 5 described below. Inlet 51 is connected to evacuation opening 42.
  • FIG. 3H shows the device 1, comprising the first part IA, described in connection with Figures 3F and 3G, as well as a second part IB.
  • the stacks 30 forming the first part IA are adjacent, along the longitudinal axis X, the stacks 30 forming the second part IB.
  • the device comprises a central cavity 2, extending between the stacks forming parts IA and IB respectively.
  • Parts IA and IB are symmetrical with respect to a plane parallel to the lateral axis Y and to the transverse axis Z, and passing into the central cavity 2, equidistant from parts IA and IB.
  • each stack 30 is connected to at least one wet collection chamber 35.
  • the secondary collection chamber 40 extends in the central cavity 2.
  • the secondary collection chamber 40 is configured to collect the humid air resulting from the humid collection chambers 35.
  • the arrangement of the secondary collection chamber in the central cavity, between stacks forming the first and second parts IA , IB allows a gain in compactness.
  • the cooled air emerges from each stack into the central cavity 2.
  • the cold collection chamber is configured to collect air emerging from each cold outlet.
  • Figure 31 shows the first part IA of the device previously described, connected to an evacuation chamber 5.
  • the evacuation chamber 5 extends between an interface 51, connected to the secondary collection chamber 40, and a conduit. evacuation 52.
  • the evacuation chamber includes a fan 50, ensuring the flow of humid air successively through the wet pipes 17, the wet collection chambers 35, the secondary collection chamber 40 and the evacuation chamber 5 .
  • Figure 3J shows the device described in connection with Figures 3F to 3H.
  • An intake chamber 3 is shown, allowing the admission of air to be cooled towards the inlet of the dry channels 20 ⁇ j, as well as an outlet collector 6, configured to direct the cooled air collected into the cavity central 2 towards the room to be cooled.
  • the outlet collector includes a fan 60, so as to blow the cooled air into a room to be cooled.
  • Figures 4A to 4C represent a device according to a second embodiment.
  • the device comprises stacks extending between a front face lf and a rear face lr.
  • Figure 4A shows the exterior of the device.
  • Figure 4B represents a sectional view in a plane passing through the transverse axis Z and the lateral axis Y.
  • the general structure of the device according to the second embodiment is similar to that of the device according to the first embodiment.
  • the device is divided into two symmetrical parts IA, IB. Each part comprises stacks aligned along the transverse axis and separated from each other by a wet collection chamber 35. Each stack comprises a succession of dry channels and wet channels.
  • the cutting plane passes through the wet pipes 17 which collect the humid air emerging from each wet channel.
  • Each stack 30 is arranged between two collection chambers 35.
  • each wet pipe 17 At the outlet of each wet pipe 17, the humid air propagates inside a collection chamber 35, up to an evacuation opening 39.
  • the wet collection chamber 35 is configured to direct the air towards the longitudinal face 30
  • Each evacuation opening 39 extends over the longitudinal face 30i of a stack.
  • the device comprises a first part IA and a second part IB.
  • the respective stacks of each part 30 are aligned along the longitudinal axis Z.
  • a central cavity 2 extends between the two parts IA, IB.
  • Two adjacent stacks, along the lateral axis Y, belonging respectively to two different parts, are separated by the central cavity.
  • the central cavity serves as a secondary collection chamber 40.
  • the latter is connected to the wet collection chambers 35 of each stack.
  • the secondary collection chamber opens onto an evacuation chamber 5, taking the form of a conduit.
  • the circulation of humid air successively in the humid pipes 17, the humid collection chambers 35 and the secondary collection chamber 40, is controlled by a fan 50.
  • each stack comprises a solid middle plate 32, closing the wet pipes 17.
  • the propagation of the humid air resulting from the wet channels is carried out from the middle plate 32 towards the inlet openings 37
  • the middle plate 32 also provides a mechanical holding function for each stack. It is inserted into notches provided in the side face 30i of the stacks.
  • FIG 4C the rear face l r and the front face lf of the device l' are shown.
  • the front face allows the admission of air to be cooled, through an admission chamber 3.
  • the admission chamber forms the inlet of air to be cooled.
  • the rear face allows a flow of cooled air, opening dry channels.
  • the second embodiment is particularly suitable for a configuration in which the rear face of the device is placed against a wall. This makes it possible to obtain a device whose bulk, along the longitudinal axis X, is reduced.
  • the device can be such that at least one stack is connected to at least several intake pipes, distributed along the lateral axis Y.
  • Each intake pipe is connected to several inputs of different respective dry channels of the stack.
  • Each intake line is configured to distribute the air to be cooled into different dry channels.
  • the intake pipes connected to the stack extend from the same intake chamber, the intake chamber forming the air inlet to be cooled.
  • the invention allows optimized management of air flows, in particular humid air, by limiting pressure losses. It thus allows a certain homogenization of the air flow circulating in the stack channels. It also makes it possible to offer compact devices, or whose geometry is adapted to a particular use.

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Abstract

Dispositif de climatisation à refroidissement indirect par évaporation, le dispositif étant destiné à insuffler de l'air refroidi dans une pièce, le dispositif comportant : - une admission d'air, destinée à admettre de l'air à refroidir; - une pluralité de plaques, formant un empilement, chaque plaque comportant une face sèche opposée à une face humide, la face humide de chaque plaque étant configurée pour être maintenue mouillée par de l'eau, chaque plaque étant destinée à être refroidie sous l'effet d'une évaporation d'eau, à partir de la face humide; le dispositif étant tel que : - deux plaques adjacentes sont espacées l'une de l'autre, selon un axe transversal, de façon à former un canal, le canal étant : soit un canal sec, délimité par deux faces sèches de deux plaques adjacentes, soit un canal humide, délimité par deux faces humides de deux plaques adjacentes.

Description

Description
Titre : Dispositif de climatisation par refroidissement indirect par évaporation
DOMAINE TECHNIQUE
Le domaine technique de l'invention est un dispositif de rafraîchissement d'air par refroidissement indirect par évaporation.
ART ANTERIEUR
Les rafraîchisseurs d'air par refroidissement indirect par évaporation, également désignés par le terme rafraîchisseurs adiabatiques indirects à point de rosée, sont connus depuis plusieurs dizaines d'années.
Le principe de tels rafraîchisseurs est schématisé sur la figure 1. Il est basé sur l'utilisation d'un évapo-échangeur, au sein duquel l'air entrant (flèche Fi en trait mixte sur la figure 1), est rafraîchi, sans humidification, potentiellement jusqu'à son point de rosée. Le rafraîchissement est produit par une circulation de l'air au contact d'une plaque Pi, dite plaque de refroidissement, refroidie par évaporation d'eau. La plaque de refroidissement comporte une face sèche, au contact de laquelle s'écoule l'air à refroidir, et une face humide, mouillée par de l'eau, l'eau étant symbolisée par des cercles sur la figure 1. Sur la figure 1, les flèches en tirets mixtes représentent l'air refroidi ou en cours de refroidissement.
Une partie de l'air refroidi, au contact de la face sèche de la plaque de refroidissement, est évacué, de façon à refroidir une pièce : flèche Fj. Une autre partie de l'air refroidi est réinjecté dans le rafraîchisseur et dirigée de façon à s'écouler au contact de la face humide de la plaque de refroidissement : flèche F3. L'air ainsi réinjecté se réchauffe, en évaporant l'eau présente sur la face humide de la plaque de refroidissement. Il en résulte une baisse de la température de la plaque de refroidissement. L'air ainsi réchauffé, chargé d'humidité, est ensuite évacué à l'extérieur de la pièce.
Par rapport aux dispositifs de climatisation les plus répandus, un avantage notable de tels rafraîchisseurs est l'absence de fluide frigorigène. Ces dispositifs doivent uniquement être alimentés par de l'eau. Il en résulte un bilan environnemental plus favorable que les climatiseurs usuels, basés sur une compression d'un fluide frigorigène. On sait que les fluides frigorigènes peuvent avoir des conséquences néfastes sur l'environnement. Un exemple de dispositif à refroidissement indirect a été décrit dans WO2016134417. Dans ce dispositif, l'air à refroidir s'écoule dans des canaux parallèles les uns aux autres. Il en est de même de l'air circulant à travers des canaux comportant des faces humides. Mais la disposition de canaux coplanaires, séparés les uns des autres, n'est pas optimale en terme de perte de charge. Un autre exemple de dispositif à refroidissement indirect a été décrit dans W02014205204.
En dehors du domaine technique de la climatisation par refroidissement indirect, le document GB2367886 décrit un échangeur thermique à plaques, permettant un échange thermique entre un fluide froid et de l'air chaud.
Un exemple de dispositif à refroidissement indirect par évaporation a été décrit dans la demande PCT/EP2022/055490 (WO2022184871). L'invention décrite ci-après est un perfectionnement de ce dispositif, pour optimiser l'écoulement d'air dans le dispositif et la compacité.
EXPOSE DE L'INVENTION
Un premier objet de l'invention est un dispositif de climatisation à refroidissement indirect par évaporation, le dispositif étant destiné à insuffler de l'air refroidi dans une pièce, le dispositif comportant :
- une admission d'air, destinée à admettre de l'air à refroidir ;
- une pluralité de plaques, formant un empilement, les plaques étant espacées les unes des autres selon un axe transversal, chaque plaque comportant une face sèche opposée à une face humide, la face humide de chaque plaque étant configurée pour être mouillée par de l'eau, chaque plaque étant destinée à être refroidie sous l'effet d'une évaporation d'eau, à partir de la face humide, chaque plaque s'étendant selon un axe longitudinal, entre une première bordure et une deuxième bordure, chaque bordure formant une extrémité de la plaque dans un plan perpendiculaire à l'axe transversal ; le dispositif étant tel que, dans chaque empilement :
- deux plaques adjacentes délimitent un canal, le canal étant :
• soit un canal sec, délimité par deux faces sèches de deux plaques adjacentes,
• soit un canal humide, délimité par deux faces humides de deux plaques adjacentes ;
- les plaques sont disposées de façon à former une alternance entre canaux secs et canaux humides, chaque canal sec étant adjacent d'un canal humide, deux canaux respectivement sec et humide adjacents étant reliés par une jonction fluidique; - chaque canal sec s'étend, selon l'axe longitudinal, entre une entrée d'air, reliée à l'admission d'air, et une sortie froide, la sortie froide étant destinée à une évacuation d'air refroidi suite à l'écoulement de l'air dans le canal sec ;
- chaque canal humide s'étend selon l'axe longitudinal, entre la jonction fluidique et une sortie humide, la sortie humide étant destinée à une évacuation d'air humidifié suite à l'écoulement dans le canal humide ; le dispositif peut être tel que
- les sorties humides de chaque canal humide sont réparties selon un axe latéral, perpendiculaire à l'axe longitudinal et à l'axe transversal ;
- l'empilement comporte plusieurs conduites humides, réparties selon l'axe latéral, chaque conduite humide étant reliée à plusieurs sorties humides de différents canaux humides respectifs de l'empilement, chaque conduite humide étant configurée pour recevoir l'air humidifié débouchant de différents canaux humides ;
- les conduites humides de l'empilement débouchent dans une même chambre de collecte humide ;
- la chambre de collecte humide débouche sur une ouverture d'évacuation, configurée pour évacuer l'air humide collecté dans la chambre de collecte humide, la chambre de collecte humide s'étendant entre les conduites humides de l'empilement et l'ouverture d'évacuation.
Selon une possibilité, le dispositif comporte plusieurs chambres de collecte humides, chaque chambre de collecte humide étant reliée à un ou plusieurs empilements, les ouvertures d'évacuation respectives des chambres de collecte humides débouchant dans une même chambre de collecte secondaire, de façon que l'air débouchant de chacune desdites chambres de collecte humides est collecté dans la chambre de collecte secondaire.
Le dispositif peut comporter deux empilements adjacents, chaque empilement comportant plusieurs conduites humides, réparties le long de l'axe latéral, chaque conduite humide étant reliée à plusieurs sorties humides de différents canaux humides respectifs de l'empilement, chaque conduite humide étant configurée pour recevoir l'air humidifié débouchant de différents canaux humides. La chambre de collecte humide peut s'étendre entre les deux empilements adjacents.
Selon une possibilité,
- le dispositif comporte deux empilements adjacents selon l'axe transversal ; les conduites humides desdits deux empilements adjacents débouchent dans la chambre de collecte humide.
Selon une possibilité :
- le dispositif comporte deux empilements adjacents, le long de l'axe longitudinal, les empilements adjacents étant disposés de part et d'autre d'une cavité centrale;
- les deux empilements adjacents sont chacun reliés à une chambre de collecte humide ;
- les ouvertures d'évacuation respectives de chacune des chambres de collectes humides débouchent dans la cavité centrale, la cavité centrale formant la chambre de collecte secondaire.
Selon une possibilité, chaque empilement comporte :
• une partie avant, comportant les entrées d'air des canaux secs et les sorties humides des canaux humides de l'empilement, ainsi que les conduites humides ;
• une partie arrière, comportant les sorties froides des canaux secs de l'empilement.
La chambre de collecte humide peut être configurée pour diriger l'air de la partie avant vers la partie arrière de l'empilement, l'ouverture d'évacuation débouchant de la partie arrière de l'empilement.
Selon une possibilité, chaque empilement comporte
• une partie avant, comportant les entrées d'air des canaux secs et les sorties humides des canaux humides de l'empilement, ainsi que les conduites humides ;
• une partie arrière, comportant les sorties froides des canaux secs de l'empilement ;
• une face longitudinale, reliant la partie avant et la partie arrière.
La chambre de collecte humide peut être configurée pour diriger l'air de la partie avant vers la face longitudinale de l'empilement, l'ouverture d'évacuation s'étendant sur la face longitudinale de l'empilement.
Selon une possibilité, le dispositif comporte une chambre de collecte froide, reliée aux sorties froides respectives de canaux secs de l'empilement, la chambre de collecte froide étant configurée pour collecter l'air débouchant de chaque sortie froide.
Selon une possibilité:
- l'empilement est relié à au moins plusieurs conduites d'admission, réparties selon l'axe latéral, chaque conduite d'admission étant reliée à plusieurs entrées sèches de différents canaux secs respectifs de l'empilement, chaque conduite d'admission étant configurée pour distribuer l'air à refroidir dans différents canaux secs ; - les conduites d'admission s'étendent à partir d'une même chambre d'admission, la chambre d'admission formant l'entrée d'air à refroidir.
Selon une possibilité :
- chaque conduite humide s'étend, perpendiculairement à l'axe transversal, selon une section transversale ;
- la ou chaque chambre de collecte humide s'étend, perpendiculairement à l'axe transversal, selon une section transversale ;
- la section transversale de la ou chaque chambre de collecte humide est supérieure à la section transversale de chaque conduite humide à laquelle la ou chaque chambre de collecte humide est reliée.
FIGURES
La figure 1 décrit les principes du refroidissement adiabatique.
La figure 2 montre un exemple d'empilement de plaques, formant des canaux secs et des canaux humides.
Les figures 3A à 3J montrent un premier mode de réalisation de l'invention
Les figures 4A à 4C montrent un deuxième mode de réalisation de l'invention.
EXPOSE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS
La figure 2 montre un détail d'un empilement 30 de plaques d'un dispositif objet de l'invention. Le dispositif est destiné à insuffler de l'air refroidi dans une pièce.
La géométrie de l'empilement est similaire à celle décrite dans la demande PCT/EP2022/0055490. L'empilement peut comporter quelques dizaines, voire centaines de plaques, par exemple entre 30 et 1000 plaques 10. Les plaques 10 sont disposées parallèlement les unes aux autres, perpendiculairement à un axe transversal Z. Chaque plaque 10 s'étend parallèlement à un plan PXY- Chaque plaque s'étend, parallèlement à un axe longitudinal X, selon une longueur l, et, parallèlement à un axe latéral Y, selon une largeur L. L'empilement s'étend, parallèlement à l'axe transversal Z, selon une hauteur h. La hauteur h dépend du nombre de plaques.
Mis à part les première et dernière plaques, délimitant le dispositif selon un axe transversal Z, chaque plaque 10 comporte une face humide 10w et une face sèche 10d. Les faces respectivement sèche et humide d'une même plaque sont opposées, au sens où elles sont distantes de l'épaisseur de la plaque. L'épaisseur de chaque plaque, selon l'axe Z, est la plus faible possible, en prenant en compte les contraintes de tenue mécanique. L'épaisseur dépend du matériau formant la plaque. L'épaisseur peut être comprise entre 10 pm et 1 mm, voire entre 10 pm et 500 pm. L'invention exploite la conduction de la chaleur selon l'axe Z, à travers chaque plaque 10.
Une face humide 10w est destinée à être, de façon la plus régulière possible, mouillée par de l'eau. L'eau peut être directement disposée sur la plaque, ou de façon indirecte, la plaque comportant, au niveau de la face humide, un matériau, dit matériau humide, imbibé d'eau. Il peut par exemple s'agir d'un matériau permettant un pompage de l'eau par capillarité, à partir d'une alimentation en eau. Le matériau peut par exemple comporter de la cellulose ou une structure en polymère. Le mouillage d'une face humide peut également être assuré par des canaux fluidiques, ménagés dans le long de la face humide, et permettant un pompage d'eau par capillarité, à partir de l'alimentation en eau. Dans la suite de la description, le terme plaque inclut une éventuelle structure capillaire formée ou déposée sur la plaque.
L'empilement est tel que les faces humides (respectivement sèches) de deux plaques consécutives se font face. Deux faces humides 10w, se faisant face, et appartenant à deux plaques adjacentes, délimitent un canal humide 20w. Deux faces sèches 10d, se faisant face, et appartenant à de deux plaques adjacentes, délimitent un canal sec 20d. Les canaux, secs ou humides, sont délimités par deux montants latéraux, non représentés, s'étendant selon un plan XZ. Les montants latéraux sont espacés l'un de l'autre par la largeur L de chaque plaque, selon l'axe latéral Y.
Ainsi, l'empilement est formé d'une alternance entre canaux secs 20d et canaux humides 20w. Chaque canal sec s'étend, selon l'axe longitudinal X, entre une entrée d'air 20d,in et une sortie froide 20d,Out- Le système de ventilation est configuré pour permettre les écoulements de l'air à travers les canaux secs et les canaux humides. La sortie froide 20d,out peut être destinée à être raccordée à une évacuation d'air refroidi, configurée pour insuffler l'air refroidi à l'intérieur de la pièce.
L'air à refroidir est aspiré dans le dispositif par un système de ventilation, non représenté sur la figure 2, à travers une admission. Le système de ventilation comporte un ou plusieurs ventilateurs. Dans l'exemple de la figure 2, l'air à refroidir est admis parallèlement à un axe longitudinal X.
Chaque canal sec 20d est relié à un canal humide 20w adjacent par une jonction fluidique 21. Chaque canal humide 20w s'étend, selon l'axe longitudinal X, entre la jonction fluidique 21 et une sortie humide 20w,out. La jonction fluidique 21 est disposée entre l'entrée d'air 20djn et la sortie froide 20d,out, ou au niveau de la sortie froide 20d,out- La jonction fluidique 21 est avantageusement plus proche de la sortie froide 20d,out que de l'entrée d'air 20d,in. Ainsi, en considérant le sens d'écoulement de l'air dans le canal sec, la jonction fluidique 21 est disposée dans le canal sec 20d, en amont de la sortie froide 20d,out ou au niveau de la sortie froide. Le dispositif 1 est tel que sous l'effet du système de ventilation, une partie de l'air s'écoulant à travers un canal sec 20d est admis dans un canal humide 20w lui étant adjacent à travers la jonction fluidique 21. La jonction fluidique 21 peut être formée par une simple ouverture pratiquée dans la plaque séparant le canal humide du canal sec. Sur les exemples représentés, la jonction fluidique 21 est formée au niveau d'une deuxième bordure, formant une extrémité longitudinale de la plaque. Une partie de l'air refroidi est alors aspiré dans au moins un canal humide 20w adjacent du canal sec 20d, au niveau de la sortie froide 20d,Out-Le débit d'air s'écoulant dans le canal humide 20w est ajusté par le système de ventilation du dispositif. Cela est facilité par le fait que l'écoulement, dans chaque canal sec, est préférentiellement effectué selon un régime laminaire, la vitesse de l'air étant par exemple comprise entre 0,5 m.s 1 et 3 m.s’ i
La jonction fluidique 21, couplée au système de ventilation, peut être telle que 50 à 75 % du débit d'air s'écoule vers la sortie froide 20d,out, tandis que 25% à 50 % du débit d'air s'écoule à travers la jonction fluidique, vers le canal humide 20w. On note que l'écoulement d'air à travers chaque canal humide 20w est effectué dans un sens opposé à l'écoulement d'air dans le canal sec lui étant adjacent. Le dispositif est ainsi configuré pour fonctionner à contre-courant.
La longueur l peut être comprise entre 5 cm et lm, et de préférence entre 10 cm et 30 cm. La longueur l est de préférence :
- inférieure à la largeur L, par exemple au moins 1,5 fois inférieure, voire au moins 2 fois inférieure ou au moins 3 fois inférieure à la largeur L.
- et/ou inférieure à la hauteur h, par exemple au moins 1,5 fois inférieure, voire au moins 2 fois inférieure ou au moins 3 fois inférieure à la hauteur h.
Deux plaques adjacentes 10 sont espacées l'une de l'autre, parallèlement à l'axe Z, selon une distance de préférence inférieure à 2 cm, voire inférieure à 1 cm ou 0,5 cm. L'espacement entre deux plaques adjacentes peut avantageusement être compris entre 0,5 mm et 2 mm.
Dans l'exemple représenté, chaque plaque est plane. Selon des variantes possibles, les bordures de deux plaques adjacentes peuvent se rapprocher ou s'éloigner les unes des autres. Le rapprochement et l'éloignement de deux plaques adjacentes permet de former respectivement des ouvertures et des cloisons. Un exemple de rapprochement de plaque est décrit en lien avec la figure 3A.
Chaque plaque 10 comporte des lumières 11, s'étendant autour d'un axe parallèle à l'axe transversal Z. Les premières lumières 11 sont de préférence disposées à proximité d'une même bordure longitudinale de chaque plaque. Par bordure (ou extrémité) longitudinale, on entend une des bordures de la plaque 10 selon l'axe longitudinal X. Par a proximité, il est entendu à une distance de préférence inférieure à 5 cm d'une bordure de la plaque perpendiculaire à l'axe longitudinal X. Les premières lumières 11 sont pratiquées plus proche de l'arrivée d'air 20d,in que de la sortie d'air froide 20d,Out- Dans l'exemple représentés sur les figures 2A à 2E, chaque lumière 11 forme une sortie humide 20w,out d'un canal humide 20w.
Deux premières lumières 11 respectivement formées sur deux plaques adjacentes 10 délimitant un même canal humide 20w débouchent dans ce dernier. Ainsi, un canal humide 20w est en communication fluidique avec au moins une première lumière 11. Deux premières lumières 11, respectivement formées sur deux plaques adjacentes, délimitant un même canal sec 20d, et alignées selon l'axe d'évacuation, sont reliées l'une à l'autre par une paroi étanche 15, traversant le canal sec et formant une conduite humide. La paroi étanche est tubulaire, autour de l'axe d'évacuation. L'empilement est agencé de façon que différentes parois étanches sont alignées autour d'un axe parallèle à l'axe transversal. Chaque alignement forme une conduite humide 17.
Chaque paroi étanche tubulaire 15 traversant un canal sec 20d peut être obtenue par un joint étanche, ou par un rapprochement local des parois délimitant le canal sec, comme représenté sur la figure 3A.
Les figures 3A à 3J montrent un premier exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention. Sur la figure 3A, on a représenté une partie d'un empilement 30 de plaques 10. La figure 3A est une représentation 3D à partir d'un plan de couple parallèle à l'axe transversal Z et l'axe latéral Y. Les plaques 10 de l'empilement 30 délimitent alternativement des canaux secs 20d et des canaux humides 20w. Les canaux secs 20d comportent des parois étanches 15. Chaque paroi étanche 15 traversant un canal sec est obtenue en rapprochant localement les deux plaques délimitant ledit canal. Dans cet exemple, les plaques délimitant chaque canal sec sont placées au contact l'une de l'autre, ce qui forme la paroi étanche 15.
La figure 3B est une vue élargie de l'empilement représenté sur la figure 3A. On distingue trois conduites humides 17, réparties selon l'axe latéral Y. Caque conduite humide est reliée à plusieurs sorties humides de différents canaux humides respectifs de l'empilement. Chaque conduite humide reçoit l'air humidifié débouchant de différents canaux humides
La figure 3C montre deux empilements adjacents 30i, 30s identiques à l'empilement 30 représenté sur les figures 3A et 3B. Les empilements 30i; 30s s'étendent, le long de l'axe transversal Z. Une chambre de collecte humide 35 s'étend entre les empilements 30i; 30s. La chambre de collecte humide 35 est destinée à recevoir l'air humide s'écoulant à travers différentes conduites humides 17 d'au moins un empilement. Dans l'exemple représenté sur la figure 3C, la chambre de collecte humide 35 comporte des ouvertures d'admission 37 et une ouverture d'évacuation 39. Chaque ouverture d'admission 37 est reliée à une conduite humide 17. Ainsi, les ouvertures d'admission sont réparties selon l'axe latéral Y. Chaque conduite humide 17 débouche sur une ouverture d'admission 37.
Dans ce mode de réalisation, chaque empilement comporte plusieurs conduites humides 17, réparties le long de l'axe latéral Y. Chaque conduite humide 17 est reliée à plusieurs sorties humides de différents canaux humides respectifs de l'empilement. Chaque conduite humide est configurée pour recevoir l'air humidifié débouchant de différents canaux humides. La chambre de collecte humide 35 s'étend entre les deux empilements adjacents. Ainsi, les conduites humides 17 des deux empilements adjacents débouchent dans la chambre de collecte humide. La chambre de collecte humide 35 débouche sur l'ouverture d'évacuation 39. Cette dernière est, configurée pour évacuer l'air humide collecté dans la chambre de collecte humide 35. Ainsi, la chambre de collecte humide 35 s'étend entre les conduites humides de l'empilement 17 et l'ouverture d'évacuation 39.
Chaque conduite humide 17 s'étend, dans un plan perpendiculaire à l'axe transversal Z, selon une section transversale. De même, la chambre de collecte humide 35 s'étend, dans un plan perpendiculaire à l'axe transversal Z, selon une section transversale. La section transversale de la chambre de collecte humide 35 est supérieure à la section transversale de chaque conduite humide 17. De préférence, La section transversale de la chambre de collecte humide 35 est égale, ou au moins égale au cumul des sections transversales de chaque conduite humide à laquelle elle est reliée. Cela limite la perte de charge.
Dans l'exemple représenté sur la figure 3C, la chambre de collecte humide est délimitée, selon l'axe transversal Z, par une paroi inférieure 35j et une paroi supérieure 35s. La chambre de collecte humide comporte des ouvertures d'admission 37 ménagées sur la paroi inférieure 35j et sur la paroi supérieure 35s. Les ouvertures d'admission ménagées sur la paroi inférieure collectent l'air humidifié provenant des conduites humides 17 de l'empilement inférieur 30j. Les ouvertures d'admission ménagées sur la paroi supérieure collectent l'air humidifié provenant des conduites humides 17 de l'empilement supérieur 30s. Sur la figure 3D, on a représenté la face supérieure 35s de la chambre de collecte humide 35.
Comme représenté sur la figure 3E, chaque empilement 30 s'étend entre une face avant 30f et une face arrière 30r. Les faces avant et arrière sont opposées l'une à l'autre. Les faces avant et arrière s'étendent parallèlement à l'axe longitudinal Y et l'axe transversal Z. Les faces avant et arrière sont reliées par deux faces latérales 3O|. Chaque face latérale 30i s'étend selon l'axe transversal Z et l'axe longitudinal X. L'entrée de chaque canal sec et la sortie de chaque canal humide débouchent sur la face avant. Les conduites humides 17 s'étendent le long de la face avant. La chambre de collecte humide s'étend de la face avant jusqu'à la face arrière. L'ouverture d'évacuation 39 débouche de la face arrière. Sur la figure 3E, on a représenté, sur chaque empilement, uniquement les plaques s'étendant aux extrémités de l'empilement. Il en est de même pour les figures 3F à 3J.
L'air refroidi débouche de chaque canal sec, au niveau de la face arrière 30r de chaque empilement.
La figure 3F montre différents empilements 30a, 30j, 30s formant une première partie IA d'un dispositif 1. Comme décrit en lien avec la figure 3E, les empilements 30j, 30s sont des empilements adjacents selon l'axe transversal Z. Une première chambre de collecte humide 35i est disposée entre les deux empilements 30j et 30s. Une deuxième chambre de collecte humide 352 est disposée entre les deux empilements 30i et 30a. Dans l'exemple représenté, l'empilement 30j est segmenté en deux moitiés. L'air humide débouchant d'une première moitié des canaux humides, les plus proches de la première chambre de collecte humide 35i, se propage vers cette dernière. L'air humide d'une deuxième moitié des canaux, les plus proches de la deuxième chambre de collecte humide 352, se propage vers cette dernière. Sur la figure 3F, l'écoulement de l'air humide, à travers les empilements, a été matérialisé par des flèches droites
On comprend qu'au sein de l'empilement 30j, le sens de l'écoulement de l'air humide débouchant de chaque canal humide dépend de la position relative du canal humide par rapport aux chambres de collectes couplées à l'empilement. Une telle configuration permet de réduire la perte de charge résultant de l'écoulement de l'air humide à travers les conduites humides. En effet, la distance entre chaque sortie d'un canal humide et la chambre de collecte humide est inférieure ou égale à la demi-hauteur h de l'empilement. Si l'air humidifié débouchant de tous les canaux humides s'écoulait vers la même chambre de collecte humide, la distance entre chaque sortie d'un canal humide et la chambre de collecte humide pourrait être comprise entre h/2 et h pour les canaux les plus éloignés. Cela entraînerait une augmentation de la perte de charge, qui se traduirait par une consommation en énergie plus importante du système de ventilation du dispositif. Dans la configuration représentée sur la figure 3F, la distance maximale parcourue par l'air humide, entre une sortie d'un canal humide et la chambre de collecte humide, est inférieure ou égale à h/2.
Sur la figure 3F, on a également représenté une chambre de collecte secondaire 40. La chambre de collecte secondaire 40 est reliée à plusieurs chambres de collecte humides. Sur la figure 3F, la chambre de collecte secondaire 40 est reliée à la première chambre de collecte humide 35i et à la deuxième chambre de collecte humide 352. La chambre de collecte secondaire 40 comporte différentes ouvertures d'admission 41, chaque ouverture d'admission étant configurée pour être reliée à une ouverture d'évacuation 39 d'une chambre de collecte humide 35. La chambre de collecte secondaire 40 comporte une ouverture d'évacuation 42. L'ouverture d'évacuation 42 permet une évacuation de l'air s'étant écoulé à travers la chambre de collecte secondaire 40.
Ainsi, chaque empilement 30 est couplé à au moins une chambre de collecte humide 35. Et différentes chambres de collecte humides 35 sont associées à une même chambre de collecte secondaire. Cet arrangement permet une certaine homogénéisation (à ± 10% ou ± 20%) du débit d'air dans chaque colonne humide, et par conséquent, dans chaque canal humide. Cela est dû au fait que la perte de charge vue par l'air humide se propageant dans chaque canal humide est relativement homogène dans les différents canaux humides.
Sur la figure 3G, on a représenté une entrée 51 d'une chambre d'évacuation 5 décrite par la suite. L'entrée 51 est reliée à l'ouverture d'évacuation 42.
La figure 3H montre le dispositif 1, comportant la première partie IA, décrite en lien avec les figures 3F et 3G, ainsi qu'une deuxième partie IB. Les empilements 30 formant la première partie IA sont adjacents, selon l'axe longitudinal X, des empilements 30 formant la deuxième partie IB. Le dispositif comporte une cavité centrale 2, s'étendant entre les empilements formant respectivement les parties IA et IB. Les parties IA et IB sont symétriques par rapport à un plan parallèle à l'axe latéral Y et à l'axe transversal Z, et passant dans la cavité centrale 2, à égale distance des parties IA et IB. Au sein d'une même partie, chaque empilement 30 est relié au moins à une chambre de collecte humide 35. La chambre de collecte secondaire 40 s'étend dans la cavité centrale 2. La chambre de collecte secondaire 40 est configurée pour recueillir l'air humide résultant des chambres de collectes humides 35. La disposition de la chambre de collecte secondaire dans la cavité centrale, entre empilements formant les première et deuxième parties IA, IB, permet un gain en compacité.
L'air refroidi débouche de chaque empilement dans la cavité centrale 2. La cavité centrale 2, autour de la chambre de collecte secondaire 40, forme une chambre de collecte froide, reliée aux sorties froides respectives de canaux secs de chaque empilement. La chambre de collecte froide est configurée pour collecter l'air débouchant de chaque sortie froide.
La figure 31 montre la première partie IA du dispositif précédemment décrit, reliée à une chambre d'évacuation 5. La chambre d'évacuation 5 s'étend entre une interface 51, reliée à la chambre de collecte secondaire 40, et un conduit d'évacuation 52. La chambre d'évacuation comporte un ventilateur 50, assurant l'écoulement de l'air humide successivement à travers les conduites humides 17, les chambre de collecte humides 35, la chambre de collecte secondaire 40 et la chambre d'évacuation 5.
La figure 3J montre le dispositif décrit en lien avec les figures 3F à 3H. On a représenté une chambre d'admission 3, permettant l'admission d'air à refroidir vers l'entrée des canaux secs 20<j, ainsi qu'un collecteur de sortie 6, configuré pour diriger l'air refroidi collecté dans la cavité centrale 2 vers la pièce à refroidir. Le collecteur de sortie comporte un ventilateur 60, de façon à insuffler l'air refroidi dans une pièce à refroidir.
Les figures 4A à 4C représentent un dispositif l' selon un deuxième mode de réalisation. Le dispositif comporte des empilements, s'étendant entre une face avant lf et une face arrière lr. La figure 4A représente l'extérieur du dispositif l'. La figure 4B représente une vue en coupe dans un plan passant par l'axe transversal Z et l'axe latéral Y. La structure générale du dispositif selon le deuxième mode de réalisation est analogue à celle du dispositif selon le premier mode de réalisation. Le dispositif est divisé en deux parties symétriques IA, IB. Chaque partie comporte des empilements alignés selon l'axe transversal et séparés les uns des autres par une chambre de collecte humide 35. Chaque empilement comporte une succession de canaux secs et de canaux humides. Le plan de coupe passe par les conduites humides 17 qui recueillent l'air humide débouchant de chaque canal humide. Chaque empilement 30 est disposé entre deux chambres de collecte 35.
Comme décrit en lien avec le premier mode de réalisation, à l'intérieur de chaque empilement, l'air humide s'écoule selon deux directions opposées vers la chambre de collecte humide 35 la plus proche. Sur la figure 4B, l'écoulement de l'air humide est matérialisé par des flèches droites. Cela permet de limiter la perte de charge, comme décrit en lien avec la figure 3F.
Au débouché de chaque conduite humide 17, l'air humide se propage à l'intérieur d'une chambre de collecte 35, jusqu'à une ouverture d'évacuation 39. Contrairement au mode de réalisation précédent, la chambre de collecte humide 35 est configurée pour diriger l'air de la vers la face longitudinale 30| de l'empilement. Chaque ouverture d'évacuation 39 s'étend sur la face longitudinale 30i d'un empilement.
Le dispositif comporte une premier partie IA et une deuxième partie IB. Les empilements respectifs de chaque partie 30 sont alignés selon l'axe longitudinal Z. Une cavité centrale 2 s'étend entre les deux parties IA, IB. Deux empilements adjacents, selon l'axe latéral Y, appartenant respectivement à deux parties différentes, sont séparés par la cavité centrale. La cavité centrale fait office de chambre de collecte secondaire 40. Cette dernière est reliée aux chambres de collecte humides 35 de chaque empilement. La chambre de collecte secondaire débouche sur une chambre d'évacuation 5, prenant la forme d'un conduit. La circulation de l'air humide successivement dans les conduites humides 17, les chambres de collecte humides 35 et la chambre de collecte secondaire 40, est commandée par un ventilateur 50.
Sur la figure 4B, chaque empilement comporte une plaque médiane 32, pleine, obturant les conduites humides 17. Dans chaque conduite, la propagation de l'air humide résultant des canaux humides est effectuée de la plaque médiane 32 vers les ouvertures d'admission 37. La plaque médiane 32 assure également une fonction de maintien mécanique de chaque empilement. Elle est insérée dans des encoches ménagées dans la face latérale 30i des empilements.
Sur la figure 4C, on a représenté la face arrière lr et la face avant lf du dispositif l'. La face avant permet l'admission d'air à refroidir, par le biais d'une chambre d'admission 3. La chambre d'admission forme l'entrée d'air à refroidir. La face arrière permet un écoulement d'air refroidi, débouchant des canaux secs.
Le deuxième mode de réalisation est particulièrement adapté à une configuration selon laquelle la face arrière du dispositif est disposée contre un mur. Cela permet d'obtenir un dispositif dont l'encombrement, selon l'axe longitudinal X, est réduit.
Selon une variante, le dispositif peut être tel qu'au moins un empilement est relié à au moins plusieurs conduites d'admission, réparties selon l'axe latéral Y. Chaque conduite d'admission est reliée à plusieurs entrées de différents canaux secs respectifs de l'empilement. Chaque conduite d'admission est configurée pour distribuer l'air à refroidir dans différents canaux secs. Selon une telle variante, les conduites d'admission reliées à l'empilement s'étendent à partir d'une même chambre d'admission, la chambre d'admission formant l'entrée d'air à refroidir. L'invention permet une gestion optimisée des écoulements d'air, en particulier d'air humide, en limitant les pertes de charges. Elle permet ainsi une certaine homogénéisation du débit d'air circulant dans les canaux des empilements. Elle permet également de proposer des dispositifs compacts, ou dont la géométrie est adaptée à un usage particulier.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif (1) de climatisation à refroidissement indirect par évaporation, le dispositif étant destiné à insuffler de l'air refroidi dans une pièce, le dispositif comportant :
- une admission d'air, destinée à admettre de l'air à refroidir ;
- une pluralité de plaques (10), formant au moins un empilement (30), les plaques de l'empilement étant espacées les unes des autres selon un axe transversal (Z), chaque plaque comportant une face sèche (10d) opposée à une face humide (10w), la face humide de chaque plaque étant configurée pour être mouillée par de l'eau, chaque plaque étant destinée à être refroidie sous l'effet d'une évaporation d'eau, à partir de la face humide, chaque plaque s'étendant selon un axe longitudinal, entre une première bordure et une deuxième bordure, chaque bordure formant une extrémité de la plaque dans un plan perpendiculaire à l'axe transversal ; le dispositif étant tel que, dans chaque empilement :
- deux plaques adjacentes délimitent un canal, le canal étant :
• soit un canal sec (20d), délimité par deux faces sèches (10d) de deux plaques adjacentes,
• soit un canal humide (20w), délimité par deux faces humides (10w) de deux plaques adjacentes ;
- les plaques sont disposées de façon à former une alternance entre canaux secs et canaux humides, chaque canal sec étant adjacent d'un canal humide, deux canaux respectivement sec et humide adjacents étant reliés par une jonction fluidique (21);
- chaque canal sec (20d) s'étend, selon l'axe longitudinal (X), entre une entrée d'air (20d,in), reliée à l'admission d'air, et une sortie froide (20d,out), la sortie froide étant destinée à une évacuation d'air refroidi suite à l'écoulement de l'air dans le canal sec ;
- chaque canal humide (20w) s'étend selon l'axe longitudinal, entre la jonction fluidique (21) et plusieurs sorties humides (20w,out), chaque sortie humide étant destinée à une évacuation d'air humidifié suite à l'écoulement dans le canal humide ; le dispositif étant caractérisé en ce que, pour chaque empilement :
- les sorties humides de chaque canal humide sont réparties selon un axe latéral (Y), perpendiculaire à l'axe longitudinal et à l'axe transversal ;
- l'empilement comporte plusieurs conduites humides (17), réparties selon l'axe latéral, chaque conduite humide étant reliée à plusieurs sorties humides de différents canaux humides respectifs de l'empilement, chaque conduite humide étant configurée pour recevoir l'air humidifié débouchant de différents canaux humides ;
- les conduites humides de l'empilement débouchent dans une même chambre de collecte humide (35);
- la chambre de collecte humide débouche sur une ouverture d'évacuation (39), configurée pour évacuer l'air humide collecté dans la chambre de collecte humide, la chambre de collecte humide s'étendant entre les conduites humides (17) de l'empilement et l'ouverture d'évacuation ; et en ce que le dispositif comporte deux empilements adjacents, la chambre de collecte humide s'étendant entre les deux empilements adjacents. Dispositif selon la revendication 1, comportant plusieurs chambres de collecte humides (35), chaque chambre de collecte humide étant reliée à un ou plusieurs empilements (30), les ouvertures d'évacuation respectives des chambres de collecte humides débouchant dans une même chambre de collecte secondaire (40), de façon que l'air débouchant de chacune desdites chambres de collecte humides est collecté dans la chambre de collecte secondaire. Dispositif selon la revendication l'une quelconque des revendications précédentes , dans lequel :
- le dispositif comporte deux empilements adjacents selon l'axe transversal ;
- les conduites humides desdits deux empilements adjacents débouchent dans la chambre de collecte humide. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3 dans lequel :
- le dispositif comporte deux empilements adjacents, le long de l'axe longitudinal, les empilements adjacents étant disposés de part et d'autre d'une cavité centrale (2) ;
- les deux empilements adjacents sont chacun reliés à une chambre de collecte humide ;
- les ouvertures d'évacuation respectives de chacune des chambres de collectes humides débouchent dans la cavité centrale, la cavité centrale formant la chambre de collecte secondaire. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque empilement comporte :
• une partie avant, comportant les entrées d'air des canaux secs et les sorties humides des canaux humides de l'empilement, ainsi que les conduites humides ;
• une partie arrière, comportant les sorties froides des canaux secs de l'empilement ; et dans lequel la chambre de collecte humide est configurée pour diriger l'air de la partie avant vers la partie arrière de l'empilement, l'ouverture d'évacuation débouchant de la partie arrière de l'empilement.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque empilement comporte
• une partie avant, comportant les entrées d'air des canaux secs et les sorties humides des canaux humides de l'empilement, ainsi que les conduites humides ;
• une partie arrière, comportant les sorties froides des canaux secs de l'empilement ;
• une face longitudinale, reliant la partie avant et la partie arrière ; et dans lequel la chambre de collecte humide est configurée pour diriger l'air de la partie avant vers la face longitudinale de l'empilement, l'ouverture d'évacuation s'étendant sur la face longitudinale de l'empilement.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant une chambre de collecte froide, reliée aux sorties froides respectives de canaux secs de l'empilement, la chambre de collecte froide étant configurée pour collecter l'air débouchant de chaque sortie froide.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel :
- l'empilement est relié à au moins plusieurs conduites d'admission, réparties selon l'axe latéral, chaque conduite d'admission étant reliée à plusieurs entrées sèches de différents canaux secs respectifs de l'empilement, chaque conduite d'admission étant configurée pour distribuer l'air à refroidir dans différents canaux secs ;
- les conduites d'admission s'étendent à partir d'une même chambre d'admission, la chambre d'admission formant l'entrée d'air à refroidir.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel :
- chaque conduite humide s'étend, perpendiculairement à l'axe transversal, selon une section transversale ;
- la ou chaque chambre de collecte humide s'étend, perpendiculairement à l'axe transversal, selon une section transversale ;
- la section transversale de la ou chaque chambre de collecte humide est supérieure à la section transversale de chaque conduite humide à laquelle la ou chaque chambre de collecte est reliée.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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GB2367886A (en) 2000-10-11 2002-04-17 Centrax Ltd Header system for a heat exchanger
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