Brevet FR2269684A1 — publié le 19751128

La présente invention a pour objet une installation pour I aé- ration et la ventilation d'enceintes telles que bâtiments et autres. On sait que l'on peut assurer l'aération et la ventilation d'un bâtiment à partir d'un point central et, à cet effet, lton insuffle au moyen d'une soufflerie de l'air frais de ltexterieur vers l'intérieur, ou encore, l'on a recours à un réseau de canalisations d'aspiration aboutissant à un exhausteur qui refoule l'air vicié dans l'atmosphère extérieure au bâtiment. On connatt également des ventilateurs que l'on peut assujettir dans une paroi ou dans une fenêtre et qui déterminent simultanément l'asPiration d'air vers l'intérieur du bâtiment et le refoulement d'une quantité égale d' air vicié hors du bâtiment. 1)ans les installations de conditionnement d'air connues, l'air vicié est refoulé directement des pièces à aérer vers l'extérieur, de telle sorte que l'on évacue par de telles installations pendant les périodes de chauffage beaucoup-de chaleur avec l'air vicié provenant de la pièce ou du bâtiment à aérer.Il en est de m8me dans le sens inverse pour les pièces et bâtiments refroidis arti ficiellemento La préaente invention a pour objet une installation pour l'aération et la ventilation de pièces, qui rend possible un échange d'air avec une très faible dépense d'énergie L'invention résoud le problème ainsi posé par le fait que l'on prévoit deux ventilateurs constitués par des échangeurs de chaleur tournants dont l'un refoule l'air frais vers l'intérieur du bâti- ment et dont l'autre refoule llair vicié en-dehors du batiment tandis que chaaue échangeur comporte un réseau de canalisations par- couru intérieurement par un fluide porteur de calories et baigne extérieurement par l'air refoulé, ces réseaux étant raccordés de manière à former un circuit fermé et à être parcourus successivement par ce fluide afin que la chaleur retirée à l'air vicié plus chaud soit appliquée à l'air frais plus froid. On intercale, conformément à l'invention, un circuit de fluide porteur de calories entre le courant d' air évacué et le courant d1 air aspiré en utilisant une soufflerie tournante échangeuse de chaleur et cela, de telle sorte que la chaleur provenant du courant d'air plus chaud soit récupérez par le courant d'air plus froid. On s'oppose ainsi à l'évacuation avec l'air vicié de la chaleur produite par l'installation de chauffage du bâtiment.L'écono mie assurée par l'installation conforme à l'invention peut atteindre jusqu'à 70 % si l'on effectue l'échange de chaleur par un processus à contre-courant ; cette dernière condition est satisfaite si l'on utilise des échangeurs de chaleur comportant des groupes de tubes dont les distances à l'axe de rotation sont différentes, le groupe de tubes le plus éloigné de l'axe dans chacun des échangeurs de chaleur soufflants étant toujours relié au groupe de tubes le plus voisin de l'axe dans l'autre échangeur de chaleur. Les groupes de tubes disposés d des distances différentes de l'axe de rotation sont parcourus successivement en allant de 11 ex- térieur vers l'intérieur par le fluide porteur de calories tandis que l'air refoulé par les échangeurs de chaleur soufflants s'écoule autour de ces groupes de tubes en allant de 11 intérieur vers l'ex- térieur. Ceci correspond à l'application du principe du contrecourant.Ainsi, si les rotors des deux souffleries sont parcourus l'un après l'autre en circuit fermé par le fluide porteur de calories, on peut récupér une quantité de chaleur correspondant à un écart de température supérieur à la moitié de l'écart de tempéra- ture que l'on peut atteindre théoriquement avec des échangeurs de chaleur en fonctionnement normal. On a utilisé d'une manière particulièrement satisfaisante dans les dispositifs conformes à l'invention des échangeurs de chaleur établis suivant le principe des souffleries à friction. Ces der nières comportent des disques annulaires disposés côte à côte concentriquement par rapport à l'axe de rotation de l'échangeur de chaleur et traversés dans la direction axiale par des groupes de tubes. Ces disgua analaires sont en liaison conductrice de la chaleur avec les différents tubes, de telle sorte qu'ils n'assurent pas seulement le refoulement de l'air, mais qu'ils favorisent aussi 1' échange de chaleur entre cet air et le fluide porteur de calories circulant dans les tubes.Cette forme d'exécution de l'invention correspond à une installation d'aération et de ventilation extrêmement peu bruyante. On va mairDenant décrire l'invention en se référant aux dessins ci-joints donnés à titre d'exemple et sur lesquels : la fig. 1 est une coupe longitudinale d'un récupérateur de chaleur conforme à l'invention, la ligne de coupe étant représentée en I-I sur la figo 2. La figo 2 en est une coupe suivant la ligne II-II de la fig.1- La fig. 3 en est une coupe partielle traversant l'arbre creux entrntnnnt les rotors. la fig. 4 est une vue à plus grande échelle d'un détail de la figo i montrant le montage de cet arbre. La fig. 5 est une coupe analogue à la fig. 3, correspondant au cas d'une variante. Le récupérateur de chaleur conforme à l'invention tel qu'il est représenté, comporte deux rotors de soufflerie 2 tournant dans leurs carters 1-1'. Ces derniers sont sensiblement identiques, mais inversés à la manière d'un objet et de sa réflexion dans un miroir et ils sont décalés de 1800 l'un par rapport à 11 autre. Les deux rotors, formant les échangeurs de chaleur tournants, tournent autour de l'axe 3 L'air extérieur, par exemple, s'écoule vers la zone d'entrée 3 du rotor 2 formée par le carter de la sou~flerie, tandis que la zone d'entrée 3' du rotor 2' communique par exemple avec le conduit évacuant l'air vicié d'un bâtiment.Les carters de la soufflerie présentent leurs dos 31 et 31' en regard l'un de l'autre. Entre ces carters se trouve un bloc-support 4 fixé sur une plaque d'assise 5. Le bloc-support porte deux paliers 6-6' dans lesquels peut tourner l'arbre creux 7 subdivisé par une cloison séparatrice 8 en deux canaux 9 et 91, comme on le voit au mieux sur la fig. 3. Les rotors 2 et 2' de la soufflerie comportent des disques de roue 10 et 10' solidaires de l'arbre creux commun 7. De préférence, la liaison entre les disques 10 et 10' et l'arbre creux 7 est amOvible, de telle sorte que l'ensemble peut être démonté.Pardessus les disques 10 et 10' sont disposés des totales de recouvrement il et 11' solidaires de ces disques 10 et 10' dans les zones annulaires 12a, 12b et 12e apparaissant entre les lignes pleines sur la fig. 2, tandis que ces tales forment avec ces disques des conduits de forme annulaire 13a, 13b, 13c, apparaissant entre des lignes interrompues et servant à guider d'une manière précise le fluide porteur de calories à l'intérieur des échangeurs de chaleur tournants, comme on lteTpliXuera ci-après avec plus de détails0 Le conduit extérieur 13a est relié par un conduit rial 14a à la zone annulaire extérieure 32 du moyeu- 33 du rotor 2, tandis que le conduit intérieur 1 3c est relié par le conduit radial 1 4b à la zone annulaire intérieure 33 du moysuo Les rotors présentent des couronnes d'aubes 15, 15' disposées à l'intérieur de pièces annulaires à ailettes 16-16' (fig. 1). Ces dernières pièces peuvent être cons- tituées par des ailettes annulaires écartées l'une de l'autre ou bien par une ailette enroulée en spirale Ces pièces sont traversées par des tubes 18-19-20-21 et 18'-19'- 20'-21' respectivement. Ces tubes forment des groupes disposés à des distances différentes de l'axe de rotation 30. Les surfaces extérieures des tubes sont reliées aux ailettes, de manière bonne conductrice de la chaleur. Les extrémités des tubes communiquent, d'une part, grâce au profil imposé, comme décrit ci-dessus, aux disques 10 et 10' et à leurs tales de recouvrement, avec les conduits î3a, 13b, 13c et î3a', 13b', 13c' respectivement et, d'autre part, avec les conduitsF22- 23 et 22t-23r respectivement formés par des tôles annulaires de recouvrement appropriées du côté de l'entrée de chacun des rotors de soufflerie 2 et 2'. La forme d'exécution représentée comporte dans la zone du moyeu du rotor de soufflerie 2 un dispositif de refoulement constitué par un stator 24 portant une couronne d'aubes directrices 350 Ce stator 24, formé par un aimant permanent est maintenu en position par un anneau polaire magnétique 26 monté à poste fixe et séparé du stator par une cloison magnétiquemeni transparente 25 (fig. 4). Cet anneau polaire est fixé au carter 1 de la soufflerie par l'intermédiaire d'un support 36. La couronne d'aubes directrices fixe 35 refoule le fluide porteur de calories se trouvant à l'intérieur des rotors dans la direction de la flèche 27 (fig. 1) lorsque ces rotors tournent.On utilise de préférence comme fluide porteur de calories un mélange d'eau et d'alcool qui s'écoule par le conduit 9t dans l'arbre creux 7 et le conduit radial 14a'vers le conduit annulaire extérieur 13a" d'où il pénètre dans le groupe de tubes extérieurs 18t. Sortant de ce dernier groupe de tubes, le fluide porteur de calories s'écoule ensuite par le conduit annulaire 22 et le groupe de tubes suivant 19' vers le conduit annulaire 13b' et le groupe de tubes 20'. Le fluide continue à progresser ensuite par le conduit annulaire 23', le groupe de tubes 21', le conduit annulaire 13cet le conduit radial 14b' vers le second conduit de connexion 9 dans l'arbre creux.Ce conduit 9 laisse le fluide porteur de calories pénétrer dans le conduit radial 14a et de là dans le groupe de tubes extérieur t8 du rotor de soufflerie 2. De là, le fluide s'écoule successivement par le conduit annulaire 22, le groupe de tubes 19, le conduit annulaire 13b, le groupe de tubes 20, le conduit annulaire 23 et le groupe de tubes 21 vers le conduit radial 14b qui communique avec la zone intérieure 33 dumoyeu où se trouve la couronne d'aubes directrices 35. Ainsi, les groupes de tubes dans les deux échangeurs de chaleur tournants sont reliés en série, de telle mPniEre que les groupes de tubes d'un même échangeur de chaleur sont parcourus successivement par le fluide porteur de calories et que le groupe de tubes le plus voisin de l'axe dans chacun des échangeurs est toujours relié au groupe de tubes qui en est le plus éloigné dans l'autre échangeur.Ceci permet d'obtenir un échange de chaleur à contre-courant avec l'air. Les rotors de soufflerie échangeurs de chaleur deviennent ainsi des échangeurs à contre-courant susceptibles d échanger une fraction importante de leur chaleur avec les courants d'airo Le fluide porteur de calories peut passer par l'ouverture 37 ménagée dans le disque 10, à l'intérieur d'un soufflet 38, ce qui permet de compenser la dilatation thermique du liquide. L'entrat- nement des rotors est assuré par une poulie à gorge 39 montée sur le moyeu 34, une courroie trapézoidale 50 et un accouplement à friction 51 commandé par le moteur 52. Cet accouplement à friction est tel que le moteur n'est soumis à aucun échauffement exagéré lorsqu'il assure l'accélération des rotors de soufflerie échangeurs de chaleur après mise en route de l'insts11ation. En service continu, l'accouplement à friction n'exerce aucun effet limitatif. Dans le cas de la variante suivant la fig. 5 sur laquelle les éléments correspondant à ceux de la fig. 2 ont reçu les mimes chiffres de référence, le conduit 14 B reliant le conduit annulaire intérieur 13 C à la périphérie de la couronne dtaubes directrices est en forme de spirale de manière à amener le fluide porteur de calories tangentiellement à cette couronne d'aubes directrices. L'autre conduit de connexion 14 Â présente une forme telle qu'il remplit tout l'espace libre au centre du disque transversal creux du rotor. RVETDICAT70NS 1. Installation pour l'aération et la ventilation d'enceintes tel les que bâtiments et autres au moyen de ventilateurs, caracté risée par l'utilisation de deux ventilateurs constitués par des échangeurs de chaleur tournants dont l'un refoule de l'air frais dans le bâtiment et dont l'autre refoule l'air vicié provenant du bâtiment vers l'extérieur, ces échangeurs comportant chacun un réseau de tubes parcourus par un fluide porteur de calories et baignés par l'air refoulé, les tubes des deux réseaux étant disposés en série pour former un circuit fermé et transmettre la chaleur prélevée sur le courant d'air évacué plus chaud au courant d'air frais plus froid 2.Installation pour l'échange thermique entre deux circuits sépa rés spatialement l'un de l'autre et parcourus par des milieux à des températures différentes, cette installation comportant des échangeurs de chaleur tournants disposés coaxialement, servant à la circulation du milieu dans les deux circuits et comportant chacun des groupes de tubes, groupes disposés à des distances radiales différentes de l'axe de rotation des échangeurs, de tel le manière qu'un fluide porteur de calories puisse circuler dans les deux échangeurs de chaleur le long d'un circuit étanche, cet te installation étant caractérisée par le fait que l'échange thermique s'effectue à contre-courant grâce à ce que le groupe de tubes disposé le plus loin de l'axe dans chacun des échangeurs thermiques est relié au groupe de tubes disposé le plus près de l'axe de l'autre échangeur. 3. Installation suivant la revendication 2, caractérisée par le fait que les groupes de tubes sont disposés en série dans chacun des échangeurs thermiques. 4. Installation suivant la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisée par le fait que chaque connexion entre le groupe de tubes le plus éloigné de l'axe dans chacun des échangeurs thermiques et le groupe de tubes le plus voisin de l'axe dans l'autre échangeur est assuré par l'intérieur de l'arbre creux commun portant les deux échangeurs. 5. Installation suivant l'une quelconque des revendications précé dentes, caractérisée par le fait que les échangeurs thermiques tournant autour de leur axe forment des souffleries à friction comportant des ailettes annulaires disposées dans des plans per pendiculaires à l'axe de rotation et traversées par les groupes de tubes, ces tubes étant parallèles à l'axe de rotation.