Brevet FR2235338A1 — publié le 19750124

La présente invention concerne un système de conditionnement d'air n'ayant qu'une seule conduite pour chaque circuit hydraulique servant à la distribution de l'eau secondaire de chauffage et de refroidissement. Il est bien connu que toutes les installations de conditionnement d'air à induction locale ou à convection trcee nécessitent un système hydraulique comportant quatre conduites, les deux premières destinées à la circulation de l'air refroidi à travers les batteries de réfrigération de l'unique appareil de conditionnement du local, les deux dernières à la circulation de l'eau chaude à travers les batteries de chauffage du même appareil. Aussi, ces systèmes bien connus de conditionnement d'air sont dits systèmes "à quatre conduites", chaque appareil à induction ou à convection forcée étant inséré en parallèle entre deux couples de conduites. Il faut donc disposer, dans I'ensenible du système de conditionnement, de quatre conduites pour aller à lt-appareil conditionnant l'air d'un local et pour en venir, meme si cet appareil se trouve au point le plus éloigné de l'installation de refroidissement et de chauffage, aussi bien dans le cas où l'eau réglant la température ambiante en traversant les batteries de 1' échangeur de chaleur doit etre contrlée (voir Brevet italien NO 678365), dans celui où, pour le même réglage de la température, l'air traversant les batteries de l'échangeur de chaleur doit être modulé (voir Brevet italien NO 8826081. On sait à présent qu'il est possible de supprimer une conduite dans les circuits secondaires de chauffage, tandis que la même réduction à une seule conduite ne peut s'effectuer dans le circuit secondaire de refroidissement. La raison en est que, la condensation atmosphérique sur les batteries de refroidissement à l'intérieur de tout conditionneur d'air d'un local devant être évitée, l'eau doit entrer dans les batteries à une température de 20C inférieure au plus, compte tenu du point de condensation ambiant. En n'employant qu'une seule conduite pour la distribution de l'eau secondaire de refroidissement, seul, le premier appareil dans le sens de la distribution de 1' eau, fonctionnerait dans des condi tions idéales, tandis que les autres, placés en aval, seraient alimentés en eau de plus en plus chaude.Afin d'équilibrer la réduction de la différence de température entre l'air ambiant et l'eau entrant dans une batterie, chaque conditionneur d'air, placé en aval du précédent, devrait être surdimensi-onné, dans un rapport continuellement plus élevé. Par exemple, à la température de 250C et dans une humidité relative de 50%, la température de l'eau à l'entrée ne peut pas être inférieure à 130C,-avec une différence, par rapport au premier conditionneur d'air traversé par l'eau refroidie, de 120C seulement. Dans ces conditions, chaque réduction d'un degré de cette différence sur un appareil qui suit produira une diminution de la capacité de cet appareil de plus de 8%.Pour écarter un tel inconvénient, à chaleur devant être transmise égale, une augmentation du débit de l'eau en circulation devrait avoir lieu pour réduire les différences de température de liteau alimentant les conditionneurs d'air successifs, mais cette solution entrainerait l'augmentation de diamètre des deux conduites du système secondaire de refroidissement aussi bien que la -puissance des pompes. Un but de la présente invention est de réaliser un système de conditionnement d'air n'ayant qu'une seule conduite pour la distribution de l'eau secondaire, pour les deux circuits de chauffage et de refroidissement, assurant aussi une température égale d'alimentation de toutes les batteries d'échange de chaleur des appareils à induction ou à convection forcée installes et réduisant le débit de l'eau en circulation dans les deux circuits. Le système selon la présente invention est caractérisé par le fait qu'il comporte, associés à chaque appareil de conditionnement d'air, deux raccords de conduits d'entrée et de sortie, tous deux reliés à la même conduite de distribution d'eau secondaire, des éléments contrôlant le mélange de l'eau venant de la conduite précitée par le conduit d'entrée avec l'eau venant de la batterie d'échange de chaleur associée du même appareil, ces èléments étant raccordés à l'entrée de la batterie et une conduite de dérivation faisant communiquer cette batterie avec les éléments de centrale du mélange et le raccord de sortie précité de l'appareil. Un avantage notable du système selon la présente invention consiste danslaréduction du poids total des conduites installées, non seulement en comparant ce système à un système classique à quatre conduites, mais aussi à un système à conduite unicue du genre déjà connu, puisqu'il sera désormais possible, grace à la présence d'un dispositif mélangeur, de faire en sorte quel'eau quitte l'installation dé conditionnement à des températures beaucoup plus élevées l'hiver et plus basses l'été que celles effectivement nécessaires. Un autre avantage important du système suivant l'invention est donné par les pertes de chaleur plus faibles en raison de la diminution de la surface développée extérieure des conduites de distribution du liquide ou de l'air chaud, ou refroidi, avec le même coefficient de transmission, en comparaison d'un système à quatre conduites courant, ou, comme indiqué plus haut, d'un système à une seule conduite sans mélangeur. En conséquence directe des deux avantages précités, le système selon la présente invention est moins coûteux, tant au point de vue de l'installation que de l'exploitation. Selon une forme de réalisation particulière du système faisant l'objet de l'invention, on peut contrôler le débit de l'agent venant de la conduite secondaire par un élément thermostatique, relié à une valve hydraulique, réagissant à la température d'alimentation de la batterie. Il sera ainsi possible d'avoir dans les circuits secondaires, à savoir ceux de refroidissement, des températures très basses, tout en évitant en même temps une condensation atmosphérique sur la batterie de refroidissement. En conséquence, on n'a pas besoin d'employer des pompes auxiliaires pour faire circuler l'eau refroidie, la vérification de la température de l'eau secondaire venant de l'installation de refroidissement s'avère superflue et on obtient une réduction notable de la dimension des conduites et une économie en résultant en matériau et en isoiant thermique D'autres objets, avantages et caractéristiques du système ap paraîtront aux spécialistes à la lecture de-la description détaillée qui va suivre de deux formes de réalisation, en référence aux dessins annexés qui représentent Figure 1, une vue schématique de la batterie d'échange de chaleur du conditionneur d'air d'un système conforme à la présente invention Figure 2, une vue schématique partielle d'une conduite de distribution d'eau secondaire avec les raccords de conduits respectivement venant de et allant à deux appareils voisins Figure 3, dne vue en coupe transversale d'un détail de la Figure l, c'est-à-dire, le mélangeur. Figure 4, une vue en coupe suivant IV-IV de la Figure 3 Figure 5, une autre vue en coupe, suivant V-V, de la Figure 3 et, Figure 6, une coupe transversale partielle en élévation d'une seconde forme de réalisation du dispositif mélangeur du système selon la présente invention. En se référant aux Figures 1 et 2, 1 correspond à une batterie d'échange de chaleur d'un conditionneur d'air à induction locale ou à convection forcée, dans lequel-on admet que la température est controlee par une modulation de l'air obtenue par tout moyen connu. L'eau coule dans toutes les conduites de la batterie, six dans le présent cas, allant du collecteur d'entrée 2 à un collecteur de sortie 4 par un collecteur intermédiaire 3. Chaque conditionneur d'air est branché en série sur la même conduite 23 de distribution d'eau secondaire par deux raccords 5 et 6, respectivement d'entrée et de sortie, reliés à leur tour par deux robinets d'arrêt 26 et 26' aux raccords dynamiques 24 et 25 respectivement d'entrée et de sortie. Entre les deux sections de la conduite 23 communiquant- avec les deux raccords 24 et 25, une résistance hydraulique 27 est placée à l'intérieur de la conduite. En raison de la présence des raccords dynamiques 24 et 5 ainsi que de la résistance 27,-une certaine partie de l'eau qui circule dans la conduite 23 est obligée de pénétrer dans le conduit 24 et d'atteindre, par l'intermédiaire du robinet 26, le raccord d'entrée 5 du conditionneur d'air. L'eau entrant dans le raccord 5 traverse un mélangeur 8, se mélange avec une partie de l'eau venant, par le conduit 7, du collecteur de sortie 4 de la batterie, puis, ainsi mélangée,-arrive par le collecteur d'admission 2 dans la batterie 1. Une première réalisation du mélangeur 8 est représentée dans les Figures 3 et 5. Ce mélangeur comprend un dispositif régulateur double, ou clapet (robinet) à deux voies 1' présentant deux orifices 15 et 16, avec joints toriques 12 correspondants, un bouchon fileté 14 et un écrou de réglage 13, commandé à la main. Les deux orifices 15 et 16, de section réglable, communiquent respectivement :I) à leur entrée, avec le raccord d'admission 5 et avec une section de dérivation 10, reliée à son tour par le conduit 7 au collecteur de sortie 4 de la batterie 1 de l'échangeur de chaleur , II) à leur sortie, par deux conduits 20 et 21, respectivement avec un tube Venturi 17 présentant, dans la zone de dépression correspondant à sa section la plus rétrécie, des fentes 18 communiquant avec une chambre d'admission 19, reliée au conduit 21 pour aspirer à l'intérieur du tube Venturi 17 la quantité d'eau traversant l'orifice 16 et ne refluant pas par conséquent vers la conduite 23 par le raccord 6.La dépression régnant à l'intérieur du tube Venturi 17, provoquant une admission par les fentes 18, est due au passage de l'eau venant de l'entrée 5 à travers l'orifice 15. Cet écoulement d'eau traverse -toute la longueur du tube Venturi raccordé à sa section d'admission au conduit 20. Ainsi, le mélange s'effectue, avec une certaine turbulence, en aval par rapport à la section de dépression correspondant aux fentes 18. l'eau mélangée venant de 17 va, en traversant le conduit 22, au collecteur d'admission 2 de la batterie 1 des échangeurs de chaleur. Le dispositif 11, à commande manuelle au moyen de l'écrou 13, contrôle en même temps le débit de l'eau secondaire venant du conduit 5 et celui de l'eau qui suit la dérivation, de la tuyauterie 5 à travers le raccordement 10, de telle manière que, lorsque la surface de la section de l'orifice 15 vers le raccord 5 augmente, la surface de la section de l'orifice 16 vers 10 diminue et vice versa (voir Fig. 4 et 5). Ceci implique que les conditionneurs d'air les plus proches de l'alimentation en eau refroidie ou chaude, à savoir les premiers appareils du système dans le sens de la distribution d'eau secondaire, puisque alimentés avec un agent d'une température notablement plus basse (ou plus élevée) que nécessaire pour refroidir (ou chauffeur), doivent présenter une section plus petite de l'orifice 15 et une section plus grande de l'orifice 16. A l'opposé, les conditionneurs d'air placés près de l'extrémité du circuit, ont de moins en moins d'eau recyclée jusqu a ce que cette quantité d'eau soit réduite à zéro par 1'obstruction complète de la surface 16, si le minimum nécessaire résulte de la différence entre la température de l'eau entrant par le conduit d'admission 5 et la température ambiante. I1 convient de noter que le centrale peut être effectué sur le conduit 5 seulement-et non sur la dérivation-10 ; dans ce dernier cas, un écoulement constant venant de la batterie des échangeurs de chaleur se mélangera avec un écoulement variable primaire venant du branchement. En tout cas, on peut déterminer la position convenable du dispositif de contrdle 11 au début de l'opération en mesurant la température de l'agent entrant dans la tuyauterie 2. Ainsi, il sera possible de réaliser des températures d'alimentation sensiblement constantes pour toutes les batteries d'échange de chaleur en série le long du même circuit de refroidissement ou de chauffage. En se référant à la Figure 6, on voit une variation possible de la forme de réalisation décrite plus haut et représentée dans la Figure 3. Cette variation consiste essentiellement dans la possibilité de contrôler automatiquement la température de l'agent sortant, venant du mélangeur par le conduit 22 en changeant le débit de l'agent primaire entrant dans le raccord 5. A cet effet, une cuvette 27, contenant un organe thermostatique 28 avec ressort. de rappel 29, communique d'un caté avec la zone haute pression du tube Venturi par un conduit 30, et de l'autre côté avec la zone basse pression 10 par un conduit 31. En consé quence, l'agent, à sa température d'admission dans la batterie, va circuler à l'intérieur des conduits 22 et 10, à travers la cuvette 27 contenant l'organe 28 réagissant à la température précitée. Les déplacements axiaux d'une tige 32, reliée rigidement à l'organe thermostatique, sont transmis au papillon 33, tournant sur l'axe 34. I1 faut comprendre que, dans le cas représenté par la figure, le mélangeur est destiné à l'emploi d'agents de refroidissement, car, à une contraction de l'organe 28, correspondra une réduction de la surface de passage contrôlée par le papillon 33. En changeant la position de l'axe 34 par rapport au point où la tige 32 vient contacter le papillon 33, le mélangeur conviendra à un agent de chauffage. Dans la Figure 6 sont représentés également un bouchon 36 de cuvette, une vis de réglage 37, des joints hydrauliques 35 et 38 respectivement vers le conduit d'alimentation et l'atmosphère et, en 39 et 40, une réalisation différente du tube Venturi. La forme différente de réalisation de la Figure 6 permet d'appliquer, à l'intérieur du circuit d'eau secondaire, des différences de température très élevées avec la température ambiante. Ceci s'avère particulièrement avantageux dans des circuits de refroidissement, dans lesquels 1' eau peut être à une température très basse, de 5 à 60C environ, qui est juste la température de l'agent au départ de l'installation, tout en empêchant le risque simultané d'une condensation atmosphérique avec charge réduite sur les batteries de réfrigération de l'appareil à induction. En fait, si l'eau venant du tube Venturi 40 se trouve au-dessous de la température d'alimentation attendue, l'organe thermostatique 28 ferme le clapet 33 et, en conséquence, une partie de l'eau secondaire n'entre pas dans le mélangeur. Par exemple, si la température de lteau intrant dans le collecteur 2 doit être, dans les conditions d'une efficacité de refroidissement maximale, de l20C et la température de liteau venant du collecteur 4 de 150cri avec la distribution classique par quatre conduites, il faut 3001 d'agent par heure pour transférer 900 kgcal par heure. Avec la distribution à conduite unique, conforme à la présente invention, employant la premiere forme de réalisation de mélangeur décrite plus haut, il sera possible d'obtenir une température d'admission de l'eau secondaire de 10 C. Par conséquent, pour transférer la même quantité de chaleur, 180 litres d'agent par heure suffiront.Vice versa, si le mélangeur emploie l'organe thermostatique de centrale décrit dans la seconde forme de réalisation, une température d'admission de 60C peut être obtenue et pour transférer la même guantité horaire de chaleur, il faudra seulement 100 litres d'agent par heure. D'autres additions et, ou bien, des modifications peuvent être apportées par des spécialistes aux formes de réalisation décrites précédemment et illustrées du système de conditionnement d'air selon-la présente invention sans sortir du cadre de celle-ci. En particulier, on peut prévoir un simple dispositif d'équilibrage en vue de faire varier la température de l'agent venant de l'instal- lation de refroidissement ou de chauffage en fonction de la température de l'agent. en retour. Ainsi, il sera possible d'augmenter (ou de diminuer) la température de l'agent de refroidissement (onde chauffage) quittant- l'installation de refroidissement (ou de chauffage) quand la température du retour tend respectivement à diminuer ou à augmenter. Revendications 1. Système de conditionnement d'air comportant des appareils conditionneurs d'air à induction locale ou à convection forcée équipées de batteries d'échangeurs de chaleur, caractérisé par le fait qu'il comprend, associés à chaque appareil, deux conduits d'entrée et de sortie avec raccord tous deux reliés à la même conduite de distribution d'eau secondaire, des éléments contrôlant le mélange de l'eau venant du conduit d'entrée avec l'eau venant de la batterie d'échangeurs de chaleur associée au même appareil, les éléments de contrôle précités étant raccordés à l'entrée de la batterie et une conduite de dérivation faisant communiquer cette batterie avec les éléments de contrôle et le raccord de sortie de l'appareil. 2. Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de contrôle du mélange comprennent un robinet à deux voies, dont la première est alimentée par le conduit d'entrée et la seconde par la conduite de dérivation, la première voie au moins étant contrôlable manuellement, des moyens étant prévus, en aval du robinet à deux voies pour mélanger les deux écoulements d'eau, de températures differentes passant respectivement par l'une et l'autre des deux voies précitées. 3. Système suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que les deux voies du robinet sont contrôlables à la main de manière que la section de passage de l'une augmente quand celle. de l'autre diminue et vice versa. 4. Système suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que les éléments de contrôle du mélange. de l'eau venant par les deux voies du robinet comprennent un tube Venturi, dont la section d'entrée est reliée par la première voie au conduit d'entrée de l'appareil, une zone de dépression à section réduite communiquant par plusieurs fentes d'admission avec une chambre reliée à la seconde voie du robinet et une section de sortie communiquant avec l'entrée de la batterie des échangeurs de chaleur de l'appareil. 5. Système suivant la revendication 3, caractérisé par le fait çue le robinet à deu voies est adapté pour être commandé manuellement jusqu'à la fermeture complète de la seconde voie at l'ouverture complete correspondante de la première voie, provoquant l'obturation de la conduite de dérivation, de sorte cue toute l'eau venant de la batterie d'échange de chaleur reflue à travers le raccord de sortie vers la conduite de distribution. 6. Système suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les éléments de contrôle du mélange comprennent un tube Venturi présentant une section d'entrée reliée par des éléments d'interception au conduit d'entrée de l'appareil, une zone de dépression à section réduite communiquant avec la conduite de dérivation et une section de sortie communiquant avec l'admission de la batterie d'échange de chaleur et, par un conduit de raccordement, avec la conduite de dérivation, un organe thermostatique, réagissant à la température, étant placé à l'intérieur du conduit de raccordement pour y commander par la température régnante les organes d'interception à l'intérieur du conduit d'entrée. 7. Système suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que l'élément d'interception est prévu pour fonctionner par l'effet d'une différence de température, par rapport à une température de référence prédéterminée dans la section de sortie du tube Venturi, c'est-à-dire à entrée de la batterie d'échange de chaleur, ce qui contrôle le débit de l'agent qui entre dans le mélangeur. 8. Système suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisé par le fait que les conduits d'admission et de sortie de tous les appareils de conditionnement d'air branchés en série à la même conduite de distribution d'eau secondaire sont réunis par des robinets d'arrêt à des paires de raccords dynamiques de la conduite, une résistance hydraulique étant placée à l'intérieur de la conduite, entre les deux raccords dynamiques de chaque paire.