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Procédé et dispositif pour le conditionnement de l'air avec réglage indépendant de sa température et de son degré hygrométrique.
La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour le conditionnement de l'air dans des lo- caux, tels que des chambres frigorifiques, dont l'atmos- phère doit être maintenue à une température et à un degré hygrométrique prédéterminés.
Alors que la. plupart des procédés de conditionne- ment connus consistent à agir concurremment sur la tempéra- ture de l'air et sur sa teneur en vapeur d'eau, la présente invention a pour but de rendre possible le contrôle de la température et du degré hygrométrique de l'air, indépendam- ment l'un de l'autre. L'invention répond ainsi entièrement
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aux exigences de la pratique car, dans les chambres fri- gorifiques par exemple, les rentrées inévitables de cha- leur et de vapeur d'eau, bien que souvent simultanées, ne sont pas toujours interdépendantes.
En partant de cette constatation, l'invention con- siste essentiellement en ce qu'on conduit l'air du local successivement sur deux sources de froid et une source de chaleur, les températures de cette dernière et d'une des sources de froid étant maintenues respectivement supérieure et inférieure à celle de l'autre source de froid. Avantageu- sement, la quantité de chaleur dégagée par la source de cha- leur est maintenue sensiblement égale à celle absorbée par une des sources de froid.
Une des sources de.froid qui sert, de la façon usuelle, à refroidir l'air du local, est un évaporateur parcouru par un fluide frigorigène et faisant partie du circuit d'une installation frigorigène de tout genre approprié, qui comporte usuellement un compresseur à moteur, un condenseur et un réservoir à liquide frigorigène.
La seconde source de froid et la source de chaleur sont destinées à influencer, ensemble, la teneur de l'air en vapeur d'eau, sans modifier sensiblement la température de l'air. Elles constituent donc, ensemble, un appareil "doseur d'eau" qui se compose de deux serpentins de même surface et capacité, parcourus par un même courant de fluide frigorigène à l'état de vapeur et liquide, alternativement.
Les deux serpentins sont reliés d'une part, entre eux, avec interposition d'un détendeur et, d'autre part, à des points appropriés du circuit du compresseur. L'air à conditionner est maintenu en circulation à l'intérieur du local, en pas- sant constamment sur les dites sources de froid et la source A
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de chaleur. L'eau résultant de la condensation de la vapeur d'eau qui se produit au contact de la seconde source de froid, peut être évacuée ou laissée, en partie, dans le lo- cal, pour se vaporiser et être absorbée par l'air, si le degré hygrométrique de celui-ci tombe en-dessous de la va- leur désirée.
La mise en service et l'arrêt du fonctionne- ment de la première source de froid et du doseur d'eau sont commandées, de préférence, automatiquement, à l'aide d'ap- pareils thermostatiques et hygrostatiques, respectivement, de toute construction appropriée.
Afin de faciliter la compréhension de l'invention, celle-ci sera décrite ci-après, à titre d'exemple, avec référence au dessin annexé sur lequel:
Fig. 1 représente, schématiquement, une chambre frigorifique équipée du dispositif suivant l'invention,
Fig. 2 montre Inapplication de l'invention à une chambre frigorifique munie d'une source de froid préexis- tante.
Sur les deux figures du dessin, A représente un local, par exemple une chambre frigorifique dont l'air doit être maintenu à une température et à un degré hygrométrique sensiblement constants. Le refroidissement de l'air est assuré par une source de froid 1, qui est l'évaporateur d'une installation frigorifique appropriée, comportant en circuit avec cet évaporateur, un compresseur 2 actionné par un moteur 3, un condenseur 4 et un réservoir 5 à liquide frigorigène. Le conduit 6 qui relie l'évaporateur 1 au ré- servoir 5 comporte avantageusement une soupape d'admission 7 commandée par un thermostat 8 en contact avec le conduit d'aspiration 9 du compresseur.
Il est utile d'interrompre ce conduit 9 par un réservoir-relais 10 à vapeurs frigori-
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gènes, précédé d'un stabilisateur de pression 11 et relié à un contacteur manométrique 12 qui coupe le circuit du mo- teur 3 ou le referme, suivant que la pression des vapeurs frigorigènes dans le réservoir 10 se trouve en-dessous ou au-dessus d'une valeur prédéterminée, celle-ci étant tou- jours inférieure à la pression de l'évaporateur 1, corres- pondant à sa température fixée.
La partie de l'installation telle que décrite jusqu'ici est connue en soi et notamment le dispositif 10, 11, 12 qui permet de proportionner la capacité d'absorption de chaleur de l'évaporateur 1 aux rentrées de chaleur, essen- tiellement variables, dans le local A, a été décrit dans le brevet belge n .407.379, du même inventeur.
En plus de l'évaporateur 1 le local A renferme un appareil doseur d'eau, constitué par deux serpentins 13 et 14, de même capacité et de même surface, reliés en série avec interposition d'un détendeur 15. Les extrémités libres des serpentins 13 et 14 sont raccordées au circuit du com- presseur 2 de la façon suivante:
Le serpentin 13 qui sert de source de froid, a son extrémité raccordée au réservoir-relais 10, dans lequel s'accumulent les vapeurs frigorigènes provenant de l'éva- porateur 1. Dans le cas où ce dernier serait relié direc- tement au côté aspiration du compresseur 15, sans interpo- sition des organes 10 et 11, le serpentin 13 serait raccor- dé directement au conduit d'aspiration 9 du compresseur comme c'est représenté sur la Fig. 2.
L'autre serpentin, 14, qui sert de source de chaleur, est branché sur le conduit de refoulement 16, de préférence au voisinage de l'échappe- ment du compresseur, c'est-à-dire en un point où les vapeurs frigorigènes sont à une pression élevée. Dans le conduit de
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raccordement 17 qui relie le serpentin 14 au conduit 16, est interposée une soupape 18, fonctionnant par tout ou rien et commandée électriquement par un hygrostat 19, de toute construction appropriée, situé dans le local A. La soupape 18 et l'hygrostat 19 sont réglés de façon que, lors- que le degré hygrométrique dans le local A s'élève au-dessus d'une valeur prédéterminée, la soupape s'ouvre et admet des vapeurs frigorigènes dans le serpentin 14, avec un dé- bit limité par la section de passage de la soupape.
Quand le degré hygrométrique dans le local A tombe en-dessous de la valeur prédéterminée, l'hygrostat 19 provoque la fermetu- re de la soupape 18.
L'évaporateur 1 et le doseur d'eau 13, 14 sont situés en des points appropriés du local A dans lequel une cloison 20 forme un conduit à air à travers lequel l'air du local circule sous l'action d'un ventilateur 21, de façon à passer successivement sur l'évaporateur et le doseur d'eau. Le fonctionnement du ventilateur peut être continu ou commandé automatiquement en fonction de la température et/ou du degré hygrométrique régnant dans le local, par l'in- termédiaire de dispositifs de commande connus, non représentés.
Dans certains cas on peut même supprimer le ventilateur 21, notamment quand la quantité d'eau à retirer de l'air est très faible; la circulation de l'air s'établit alors naturellement, comme le montrent les flèches sur la Fig. 2.
L'installation fonctionne de la façon suivante:
Les rentrées de chaleur dans le local A provoquent l'accroissement de la température de l'air dans le local.
En même temps, il se produit des rentrées de vapeur d'eau mais, le degré hygrométrique de l'air qui., pour une teneur donnée en vapeur d'eau, varie en sens inverse de la tempé- rature., peut s'accroître, rester stationnaire ou même di-
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minuer, suivant l'importance relative des rentrées de cha- leur et de vapeur d'eau.
Quand la température dans le local A monte au-delà d'une limite prédéterminée, la pression croissante des va- peurs frigorigènes dans l'évaporateur 1 et le réservoir 10 provoque la mise en marche du compresseur 2. La soupape 7 s'étant, entretemps,ouverte sous l'influence thermostat 8, le compresseur fait circuler du fluide frigorigène à travers l'évaporateur 1, ce qui cause le refroidissement de l'air circulant autour de l'évaporateur et, par conséquent, un abaissement progressif de la température dans le local A.
De ce fait, le degré hygrométrique de l'air augmente et atteint la valeur pour laquelle l'hygrostat 19 est réglé.
Celui-ci, en agissant sur la soupape 18, établit la communi- cation entre le serpentin 14 et le conduit 16 en aval du compresseur, ce qui a pour effet d'alimenter le serpentin 14 en vapeur frigorigène qui est sous une pression relati- vement élevée, et se condense dans le serpentin, celui-ci se trouvant dans le courant d'air froid qui vient de la source de froid 1. Le liquide passe, par le détendeur 15, dans le serpentin 13, et, soumis brusquement à la pression réduite régnant dans le réservoir 10, se vaporise à nouveau, les va- peurs étant reprises et aspirées par le compresseur 2.
Pen- dant ce fonctionnement, l'air refroidi au contact de l'é- vaporateur 1 jusqu'à la température que l'on désire mainte- nir dans le local A, passe successivement sur les serpentins 13 et 14, comme indiqué par la flèche F, et subit, à leur contact, les modifications suivantes: Au contact du serpen- tin 13 dans lequel s'effectue la vaporisation du liquide fri- gorigène, l'air cède à celui-ci la quantité de chaleur néces- saire à cette vaporisation. Sa température s'abaisse donc
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celle de l'ébullition du liquide frigorigène, qui est d'autant plus basse que la pression régnant dans le serpen- tin 13 et dans le réservoir 10 est plus faible.
Il s'en suit que l'air est refroidi à une température déterminée et dé- pouillé, par condensation, de toute la vapeur d'eau en excès de celle correspondant à l'état de saturation de l'air à la température considérée. L'eau ainsi extraite de l'air, se dépose sur le serpentin 18, est recueillie dans un récipient 22 disposé en-dessous de celui-ci et peut être évacuée en- , tièrement ou en partie. L'air refroidi et saturé rencontre ensuite le serpentin 14 dans lequel s'effectue la condensa- tion des vapeurs frigorigènes et absorbe la chaleur libérée par cette condensation.
La quantité de fluide frigorigène condensé dans le serpentin-14 est égale à celle du même fluide vaporisé dans le serpentin 13, ces deux serpentins étant reliés en série. La chaleur de condensation dégagée par le serpentin 14 (source de chaleur) est donc sensiblement égale à la cha- leur de vaporisation absorbée par le serpentin 13 (source de froid). De ce fait, l'air arrivant au doseur d'eau 13, 14, le quitte sans y avoir, finalement, reçu ou cédé une quanti- té appréciable de chaleur ou, en d'autres termes, sans avoir subi une variation sensible de potentiel thermique, celui-ci étant la, quantité totale de chaleur que l'air contient, par unité de poids, au-dessus de 0 C. Par contre, l'air sort du doseur d'eau avec une teneur en vapeur d'eau réduite dans une mesure déterminée par le réglage des températures dans le doseur.
En se mélangeant à la masse d'air du local A, cet air appauvri en vapeur d'eau, abaisse progressivement le de- gré hygrométrique dans le local, jusqu'à ce que, le degré désiré étant atteint, l'hygrostat 19 ferme la soupape 18 et arrête le fonctionnement des serpentins 13 et 14.
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Il en résulte que le fonctionnement des serpen- tins 13 et 14 reste pratiquement sans influence sur le po- tentiel thermique, ni sur la température de l'air dans le local, cette dernière étant réglée par la seule source de froid 1,et ce indépendamment du degréhygrométrique de l'air. De cette façon, ces deux facteurs essentiels du con- ditionnement se trouvent réglés indépendamment l'un de l'au- tre, et sont soumis, chacun, à un contrôle constant et auto- matique, suffisamment précis pour maintenir chacun des fac- teurs à une valeur prédéterminée suivant les exigences de chaque cas particulier pouvant se présenter dans la pratique.
L'arrêt du doseur d'eau 13, 14, 15 ne provoque donc pas l'ar- rêt du fonctionnement de l'évaporateur 1, si le degré hygro- métrique de l'air se maintient dans la limite admissible, pendant que la température tend à s'accroître au-delà de la valeur désirée.
Comme déjà dit, on peut laisser, dans le récipient 22, au moins une partie de l'eau de condensation recueillie: Quand le degré hygrométrique tombe à une valeur trop faible, une partie de cette eau s'évapore et rétablit le degré hygro- métrique. Si celui-ci tend à dépasser la valeur désirée, l'hygrostat 19 remet en marche le doseur d'eau qui condense l'excès de vapeur d'eau de l'air du local.,
Si le degré hygrométrique de l'air du local tend à s'accroître,sans que sa température dépasse la limite admis- sible, le doseur d'eau entre en fonctionnement, même avec le compresseur à l'arrêt. En effet, la température du fluide frigorigène dans le réservoir 5 et le conduit 16 est plus élevée que dans le réservoir 10 ou dans le conduit 9, et il en est de même pour la tension de ses vapeurs.
La soupape 18 étant ouverte par l'hygrostat 19, la différence des tensions
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de vapeur est suffisante pour que des vapeurs s'engagent dans le serpentin 14, s'y condensent avec dégagement de chaleur et passent, à l'état liquide, dans le serpentin 13 pour s'évaporer à nouveau avec absorption de chaleur. Les vapeurs engendrées dans le serpentin 13 et dont la pression augmente progressivement, s'acheminent vers le contacteur manométrique 12, soit directement (Fig. 2), soit en passant par le réservoir 10 (Fig. 1), et celui-ci déclenche la mise en marche du compresseur 2. Toutefois la température restant suffisamment basse dans le local A, le thermostat 8 n'inter- vient pas, la soupape 7 reste fermée, et le compresseur fonc- tionne uniquement pour alimenter le doseur d'eau et non l'é- vaporateur 1.
Quand le degré hygrométrique de l'air dans le local est ramené à la valeur voulue, l'hygrostat 19 ferme la soupape 18 et coupe l'arrivée de fluide frigorigène au doseur d'eau. Le conduit 9 ou le réservoir 10 n'étant plus alimenté en vapeur frigorigène, le contacteur 12 arrête le moteur du compresseur 2. Celui-ci ne fonctionne donc que quand cela est rendu nécessaire par un accroissement excessif de la tempé- rature et/ou du degré hygrométrique de l'air du local A.
Il résulte de la description qui précède que le doseur d'eau, commandé automatiquement par l'hygrostat 19, corrige constamment le degré hygrométrique de l'air, indépen- damment de la température régnant dans le local., tandis que cette température est constamment contrôlée par l'évapora- teur 1, lequel n'intervient pas pour influencer la teneur de l'air en vapeur d'eau.
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