Brevet FR2251793A1 — publié le 19750613

La présente invention concerne les changeurs therniques à pla- ques destinés à réchauffer 11 air sain nécessaire à la ventilation de locaux pour récupération d'une partie de la chaleur de l'air vicié correspondant qui est évacué; le transfert de chaleur entre les deux courants s'effectuant directement au travers des plaques. Dans la plupart des dispositifs connus de ce genre conçus pour les réseaux de ventilation de logements le transfert de chaleur est effectué au travers de cloisons fines ménageant entre elles deux séries de canaux contigus tous identiques resserves alternativement à l'air vicié évacué et à l'air sain introduit ut pour faciliter l'aménagement des orifices d'entrée et de sortie sur ces dispositifs les courants d'air vicie et d'air sain sont croisés.De tels dispositifs présentent, à l'usage, les inconvénients suivants Le relief des cloisons conçu pour augmenter les surfaces d1 échange engendre des turbulences qui sont à l'@rigine d'une résis tance importante oppose au passage des courants a travers 1' r geur et d'une consommation d'énergie motrice correspondante non négligeable. Ce relief rend souvent difficile 1t évacuation de l'eau due à la condensation de la vapeur contenue dans l'air vicié extrait et favorise sa stagnation locale dans l'échangeur ce qui diminue son efficacité. Ce relief, enfin, peut agir comme un filtre à choc et favoriser l'encrassement des surfaces d'échange. La circulation croisée des flux d'air vicié et d'air sain provoque un très grand déséquilibre de l'échange et la température de sortie des filets d'air vicié situés à proximité de l'entrée de l'air sain est très proche de I température de l'air sain, Aussi, lorsque l'air sain est pris à l'extérieur il y a formation de givre dans une partie des canaux d1air vicié des que la température exté- rieure est légèrement inférieure à 0 C. ; le givre s'étend et et sa progression provoque la réduction progressive du débit d'air vicié jusqu'à l'obturation de tous les canaux d'air vicié.Pour limiter le givrage, ces récupérateurs doivent entre équipés de vannes pour réduire le débit d'air extérieur traversant le corps de l'échangeur ou de dispositifs pour le chauffage de l'air sain avant son entrée dans le corps de l'échangeur qui sont asservis directement ou indirectement à la température extérieure et qui provoquent une diminution du rendement du récup@rateur dès que cette température est légbrexent inférieure à os c. Pour éviter la plupart des inconvénients des récupérateurs à courants croisés, il est préférable d'utiliser pour des applications à la ventilation des logements des échangeurs à contre-courants dans lesquels des cloisons fines ménagent entre elles deux séries de canaux cnntigus identiques et parallèles entre eux réservés respectivement aux @ourents d'air sain et aux courants d'air vicié circulant en sens opposé. Dans ces récupérateurs échange est rogulier et les températures de l'air aux sorties du corps de l'échangeur sont homogènes ce qui permet, à rendement égal, d'avoir un seuil de température d'air extérieur carrespondant à l'@morce du givrage plus bas que celui des échangeurs à courants croisés.Cependant, ces récupérateurs a contre-courants doivent être associés comme les récupérateurs à courants croisés à des dispositifs auxi liaires asservis à la température de l'air entrant dans l'échangeur pour diminuer le rendement de échange et liniter ainsi le givrage. Enfin, la fabrication de tous les types d'échangeurs a plaques connus destinés aux réseaux de ventilation des logements présente de gros inconvénients. En effet, dan ces échangeurs le transfert de chaleur de l'air vicié vers l1air sain est obtenu essentielle- ment par convection et des rendements satisfaisants ne peuvent être obtenus qu'en ménageant de très norreux c-naux d'échange distincts qui impliquent de nombreuses opérations d'étanchéité pour éviter tout mélange d'air sain avec l'air vicié et des dispositifs collecteurs compliqués pour le raccordement de tous les canaux d'air sain et vicié aux conduits correspondants des réseaux de ventilation qui sont associés a de tels récupérateurs. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients. Elle concerne un dispositif échangeur plaques destiné è ttre inclus dans un réseau de ventilation de logements pour r@cupérer une fraction de le chaleur de l'air vicié évacue au profit de l'air sain introduit qui permet : - de réduire les opérations d'etanchéité a la périphérie des plaques et de simplifier les dispositifs collecteurs des sorties et entrées des canaux c1 échange. - de retarder l'apparition du givre. - d'assurer une aut@-limitation du développement du givre sur les surfaces d'échange. Le dispositif objet de ltinvention comporte - un cnrps d'échange principal composé de cloisons fines ondu liées superposées pour former une multitude de canaux rectilignes et parallèles réservés alternativement au passage des courants d'air vicié et de courants d'air sain circulant en sens inverse. - un caisson protecteur dans lequel est disposé le corps d'échange qui comporte deux couples de pipes pour le raccordement du dis- positif au réseau de ventilation. dieux distributeurs destinés respectivement à la répartition de l'air sain et de l'air vicié admis dans le caisson par les pipes correspondant entre les différents canaux d'échange et deux collecteurs destinés à assurer l'évacuation des courants circulant dans les canaux d'échange vers les pipes de sortie correspondantes. des moyens pour augmenter le rendement du corps d'échange principal sans augmenter les opérations d'étanchéité des cloisons- et les canaix à raccorder aux pipes d'alimentation du cqisson et pour obtenir un rendement décroissant avec la température de l'air sain pour retarder le givrage. - des moyens pour provoquer un léger déséquilibre de l'échange thermique entre les différents canaux et favoriser ainsi l'obtura- tion de certains canaux d'air vicié par le givre sans modifier, pratiquement, le débit d'nir vicié traversant le corps d'échange ; ce qui a pour conséquence l'augmentation des débits des courants d'air vicié dans chacun des canaux encore libres alors que les débits d'air sain sont stables dans les canaux d'échange corrspondant donc à une augmentation de la température à la sortie des canaux dtair vicie libres qui évite la production du givre. Selon une caractéristique de l'invention les moyens utilisés pour augmenter le rendement du corps d'échange et faire décrotte ce rendement lorsque la températur@ de l'air sain diminue consiste en l'utilisation d cloisons fines transparentes au rayonnement basse - température pour confectinnner le corps d'échange principal et en l'incorporation dans tous les canaux du corps d'échange principal de plaques planes, toutes parallèles, disposées longitudina lement nui ont un grand pouvoir rayonnant.L'échange par rayonnement entre les plaques disposées alternativenent dans les courants d'air sain et vicié augmente le rendement du corps d'change principal et permet d'obtenir un rendement décroissant avec la température de l'air sain introduit pour retarder le givrage. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens cités ci-après utilisés seuls ou en combinaisons peuvent être utilisés pour provoquer un léger déséquilibre des échanges thermiques entre les différents canaux du corps principal s Un premier moyen consiste à exploiter les distributeurs et les collecteurs pour assurer une petite fraction du transfert de chaleur entre l'air sain et l'air vicié sous forme d'échange à courants croisés donc déséquilibrés. Un second moyeu consiste à utiliser des cloisons dont les ondulations sont irrégulières pour former des canaux de sections différentes dans le corps d'échange, le rendement de l'échange par convection étant plus fort dans les petis que dans les grands canaux. Les dessins annexés illustrent à titre d'exemple un mode de réalisation dun dispositif conforme à l'invention. La figure I représente un récupérateur de chaleur conforme à l'invention en coupe transversale selon un plan de symétrie. La figure Z représente le récupérateur de la figure 1 suivant une coupe longitudinale selon AA. La figure 3 représente le récupérateur des figures I et 2 en coupe transversale selon B.B et selon C.C. Sur ces figurest on peut voir un caisson parallèlépipédique t protégé extérieurement par un revêtement isolant 2. Dans ce mission sont empilés des couples de cloisons fines 3 en matière plastique transparente au rayonnement à basse température qui sont assemblées par leurs bords longitudinaux plans 4. La partie centrale de ces cloisons comporte des ondulations irrégulières de même hauteur 5 qui après assemblage deux à deux et empilement des couples ainsi réalisées ménagent des canaux parallèles de sections variables 6. Les extrêmités des cloisons 3 sont formées et assemblées pour ménager entre elles des canaux transversaux 7 de section croissants débouchant dans des pipes d'admission d'air vicié 8 et d'air sain 9 et dans des pipes d'évacuation d'air vicié 10 et d'air sain 11. Des plaques fines 12 à grand pouvoir rayonnant à température ab- biante sont intercalées entre les cloisons fines 3 uniquement en regard des parties ondulées. Enfin les arêtes extérieures des cloisons 3 prennent appui sur des panneaux de mousse 13 collées sur les parois du cqisson 1. Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant : l1ir vicié après filtrage est introduit dans le récupérateur par la pipe e il entre dans le distributeur composé par les canaux transversaux 7 qui répartit ce courant entre tous les canaux longitudinaux 6 avec lesquels il communique ; il est collecté par les cnaux 7 correspondants à ltautre extrémité qui assurent son évacuation vers la pipe 10. L'air sain suit un itinéraire analogue en pénétrant par la pipe 9 et en sortant par 13 pipe 11. L'air vicié et l'air sain circulent à contre-courants dans les canaux longitudinaux 6 et échangent de la chaleur, à ce niveau, par convection au travers des cloisons 3 et par rayonnement des plaques 12 les unes sur les autres qui baignent alternativement dans ### des courants d'air chaud et froid. Les courants d'air sain et vicié se croisent aux deux extrêmi- tés et échangent entre eux un peu de chaleur par convection aux tra vers-des parois des canaux tranversaux 7o Lorsque la température de l'air sain décr@ît, la température moyenne des plaques 12 décroît et l'échange parrayonnement diminue ce qui retarde l'apparition du givre lorsque l'air sain introduit est très froid. L'échange de chaleur est plus important pour l'air vicié circulant dans les canaux longitudinaux 6 les plus éloignés des pipes d'admission et d'évacuation 8 et 10 ; en effet ce sont les courants d'air vicié qui @changent le plus de chaleur avec l'air sain au niveau des canaux transversaux et au niveau des c@naux longitudinaux du fait de leurs plus faibles sections. Du fait de la faible résistanc@ opposée a la traversée du racu- pérateur par l'air due aux pertes de charges linéaires limitées par le bon ét-t de ufce des c@naux longitudinaux 6 et à la la progressivité des canaux collecteurs et di-tributeurs 7, lorsque la tempé rature de l'air sain admis @ttaint des valeurs très hasses, les canaux les rlus éloignés des pipes 8 et 10 sont obturés par le givre mais le débit total d'ai vicié traversant le récupérateur ne change pratiquement pas, car en général il est associé a un erseau de ment tilation qui oppose de dix @ vingt fois plus de rési@tanc@ à l'air que ledit récupérateur ; le débit dans lex canaux 6 d'air vicié libre croît alors que le débit dans les canaux 6 d'air sain corres @ondents reste stable ce qui provoque une diminution de la température de sortie de l'air vicié qui retarde l'obturation des canaux libres par le givre. Le dispositif, objet de l'invention, peut être @tilisé dans tous les réseaux de ventilation ou de conditionnement d'air pour récupérer la chaleur de l'air vicié évacué au profit de l'air sain introduit. REVENDICATIONS 1 - Changeur thermique à plaques air - air destin à- entre inclus dans un réseau de ventilation pour récupérer une fraction e 12 chaleur de l'air vicie évacué au profit de l'air sain introduit comportant t - un corps d'échange principal, composé de cloisons fines ondulées pour former une multitude de canaux d'échange par convection à contre-courants, disposé dans un caisson protecteur équipé de pipes d'évacuation et d'admission. - deux distributeurs et deux collecteurs destinés au raccordement des canaux du corps d'échange principal aux pipes d'évacuation et d'admission. Caractérisé par le fait qu'il comporte en outre : - des moyens pour augmenter le rendement du corps d'échange sans augmenter les opérations d'étanchéité des cloisons et de liaison des canaux aux pipes correspondantes et pour retarder le givrage dans les canaux d'air vicié. - - des moyens pour provoquerun léger déséquilibre de l'échange thermique entre les différents canaux qui évite la propagation de l'obturation par le givre à tous les canaux d'air vicié du corps d'échange principal. 2@ - - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens mis en oeuvre pour augmenter le rendement du corps d' échange principal et retarder le givrage des canaux d'air vicié consiste en l'utilisation de matériaux transparents au rayonnement à basse - température pour confectionner les cloisons fines du corps d'échange principal et en l'incorporation de plaques planes à grand pouvoir rayonnant entre chacune des cloisons transparentes. 30 - Dispositif selon la revendication t caractérisé en ce que les moyens mis en oeuvre pour provoquer un léger déséquilibre des changes thermiques entre les courants circulant dans les différents canaux du corps d'échange principal consiste à assurer un échenge thermique a > courants croisés dans les distributeurs et dans les collecteurs. 4 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens pour créer ce déséquilibre consiste a composer le corps d'échang@ principal avec des cloisons dont les ondulations sont irrégulières. 50 - Dispositif selon 1 revendication 1 caractérisé en ce que les distributeurs et les collecteurs ont des sections qui augmentent progressivement.