Méthodes de traitement de l’air ambiant

Méthodes de traitement de l’air ambiant

Pour refroidir et déshumidifier l’air ambiant, plusieurs techniques seront étudiées et évaluées. Ces techniques sont les suivantes :
• Traitement de l’air par usage de matériaux à changement de phase.
• Traitement de l’air par usage de modules thermoélectriques.
• Traitement de l’air par usage d’une détente gazeuse (CO2).
• Traitement de l’air par mélange d’air sec provenant d’une détente d’air comprimé.

Usage des matériaux à changement de phase

Le fluide utilisé dans l’estimation de la masse nécessaire de matériaux à changement de phase, pour refroidir la quantité d’air, est l’eau, puisque ce dernier possède une chaleur latente de fusion élevée (≅ 332 kJ/kg). Les paquets de matériaux à changement de phase (contenants de glace) doivent fournir une capacité de refroidissement de 162 Watts pour une durée minimale de 1 heure (autonomie minimale de la veste fixée auparavant). La masse nécessaire approximative d’eau glacée sera calculée en utilisant la relation suivante :

( Masse PCM = Capacité de refroidissement × Autonomie veste / Enthalpie latente de fusion ) (2.3)

La résolution de l’équation 2.3 donne une masse nécessaire de 1,76 kg (En prenant en considération que l’efficacité du transfert thermique entre les matériaux à changement de phase et l’air est de 100%).

Donc on a besoin au moins de 1,76 kg de glace, d’un ventilateur, d’une batterie et d’un échangeur de chaleur pour faire le traitement de l’air souhaité en prenant en considération que l’efficacité de l’échange thermique est à 100% et que les matériaux à changement de phase n’absorbent aucune chaleur de l’environnement chaud.

Usage de modules thermoélectriques

Dans cette section, un refroidissement thermoélectrique air-air sera étudié pour traiter l’air ambiant. Pour avoir une idée approximative de la masse totale du système thermoélectrique nécessaire pour évacuer 162 Watts de chaleur, ainsi que la puissance électrique nécessaire, on peut comparer les systèmes qui existent déjà sur le marché.

Usage d’une détente CO2

Dans cette technique, on utilise la détente brusque du CO2 liquide comprimé, à la pression atmosphérique (≅ 1 bar). Cette détente transforme le CO2 liquide en CO2 gazeux et solide (glace carbonique). À son tour, la glace carbonique se sublime en état gazeux lorsque mélangée avec de l’air chaud et humide. Dans le calcul, on considère que l’échange thermique entre le CO2 solide et gazeux formés et l’air traité est idéal (efficacité de 100%). Le pourcentage de conversion du CO2 liquide en solide varie avec plusieurs facteurs, comme la température et la pression du CO2 avant la détente, la géométrie de l’orifice, et l’état du CO2 avant sa détente. D’après Ullmann et al. (Ullmann et al., 1985), une formation de 60% en glace carbonique est possible après une détente atmosphérique du CO2 liquide. En 2012, Pursell (Pursell, 2012) a trouvé une formation entre 31% et 34% de glace carbonique lors des libérations accidentelles au niveau des réservoirs contenant du CO2 liquide. Dans ce qui suit, une formation maximale de 60% de glace carbonique sera prise en compte dans les calculs.

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 REVUE DE LA LITTERATURE
1.1 Introduction
1.2 Vestes de refroidissement par circulation d’air
1.3 Vestes de refroidissement par circulation d’un liquide
1.4 Vestes de refroidissement par détente gazeuse
1.5 Vestes de refroidissement par changement de phase
1.6 Vestes de refroidissement par dessiccation à vide
1.7 Vestes de refroidissement thermoélectriques
1.8 Vestes de refroidissement hybrides
1.9 Avantages et inconvénients des vestes et des technologies de refroidissement dans un environnement minier profond
1.10 Discussion
1.11 Conclusion
CHAPITRE 2 TECHNIQUES DE TRAITEMENT DE L’AIR AMBIANTCRITERES DE COMPARAISON ET CALCULS THERMODYNAMIQUES
2.1 Critères de sélection
2.1.1 La puissance de refroidissement de la veste
2.1.2 L’autonomie du système de refroidissement
2.2 Calculs thermodynamiques
2.2.1 Les caractéristiques de l’air ambiant
2.2.2 Le débit d’air volumique à traiter
2.2.3 L’état de l’air après traitement
2.2.4 La puissance de refroidissement nécessaire pour traiter l’air ambiant
2.3 Méthodes de traitement de l’air ambiant
2.3.1 Usage des matériaux à changement de phase
2.3.2 Usage de modules thermoélectriques
2.3.3 Usage d’une détente CO2
2.3.4 Mélange d’air ambiant et air sec comprimé
2.4 Conclusion
CHAPITRE 3 ARTICLE 1: EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF THE COOLING CAPACITY OF GASEOUS CARBON DIOXIDE IN FREE JET EXPANSION FOR USE IN PORTABLE AIR-COOLING SYSTEMS
3.1 Abstract
3.2 Introduction
3.3 Materials and methods
3.3.1 First approach
3.3.2 Second approach
3.3.3 Third approach
3.4 Results and discussion
3.5 Conclusion
CHAPITRE 4 ARTICLE 2: NOVEL PORTABLE COOLING SYSTEM FOR HOT AND HUMID ENVIRONMENTS USING ATMOSPHERIC DISCHARGE OF HIGH-PRESSURE CARBON DIOXIDE
4.1 Abstract
4.2 Introduction
4.3 Air treatment system
4.4 Testing procedure
4.5 Theoretical approaches
4.5.1 Mass flow rate models and equations
4.5.1.1 Bernoulli equation for incompressible fluid
4.5.1.2 Choked flow equation for compressible fluid
4.5.1.3 Homogeneous equilibrium model (HEM): the omega method
4.5.1.4 Homogeneous non-equilibrium model (HNEQ): An interpolation between the omega method and the Bernoulli equation for an incompressible fluid
4.5.2 Maximum cooling power
4.6 Results and discussion
4.6.1 Pressure, temperature and mass flow
4.6.2 Maximum cooling power of the system
4.7 Conclusions
CHAPITRE 5 CONCEPTION ET DÉVELOPPEMENT DE LA VESTE DE REFROIDISSEMENT
5.1 Le système de traitement d’air
5.2 Les couches formant la veste
5.3 Le système de distribution
5.4 Le prototype de la veste de refroidissement
CHAPITRE 6 ARTICLE 3: AIR/CO2 COOLING GARMENT: DESCRIPTION AND BENEFITS OF USE FOR SUBJECTS EXPOSED TO A HOT AND HUMID CLIMATE DURING PHYSICAL ACTIVITIES
6.1 Abstract
6.2 Introduction
6.3 Method
6.3.1 Subjects
6.3.2 Prototype of a personal cooling garment
6.3.3 Climate chamber
6.3.4 Physiological measurements and subjective perceptions
6.3.5 Experimental protocol
6.3.6 Statistical analysis
6.4 Results and discussion
6.5 Conclusion
CONCLUSION GÉNÉRALE