Brevet FR2318391A1 — publié le 19770211

Arqument : L'invention concerne un registre (ou vanne) inverseur dans un appareil de ventilation à double flux d'air comportant une pompe à chaleur, un ventilateur de soufflage d'air neuf et un ventilateur d'extraction d'air utilisé dans une enceinte. Le registre est cylindrique et comporte deux compartiments séparés axialement, l'un pour itaspiration du ventilateur de soufflage et l'autre pour le refoulement-du ventilateur d'extraction. Chacun d'eux est muni d'une fenêtre en communication permanente avec le ventilateur, de deux fenêtres symétriques en communication l'une avec l'évaporateur et l'autre avec le condenseur de la pompe à chaleur, et d'un obturateur pouvant fermer l'une ou l'autre des fenêtres en tournant d'un demi-tour autour de l'axe du cylindre. L'obturateur d'un compartiment est opposé à celui de l'autre et ils sont solidaires d'un seul organe mobile.De cette manière l'air neuf traversa le condenseur, le registre et un ventilateur pendant que l'air utilisé traverse l'autre ventilateur, le registre et l'évaporateur ; ou bien dans l'autre position des obturateurs, l'air neuf traverse ltévaporateur et l'air utilisé traverse le condenseur. Art antérieur On connait depuis longtemps des appareils de conditionnement d'air ou de ventilation combinés avec une pompe à chaleur destinée à récupérer partiellement les calories ou les frigories de l'air utilisé dans une enceinte. Ces appareils comportent nécessairement des dispositifs ayant pour but de modifier leur fonctionnement entre : un régime "Hiver", ot l'air aspiré à l'extérieur est chauffé en traversant le condenseur de la pompe à chaleur avant d'être soufflé dans l'enceinte à desservir, pendant que l'air extrait de l'enceinte ou intérieur abandonne des calories à ltévaporateur de la pompe à chaleur avant d'tre refoulé à l'extérieur 3 et un régime "Eté", Qu' l'air aspiré à ltex- térieur est refroidi en traversant l'évaporateur puis soufflé dans l'enceinte pendant que l'air aspiré à l'intérieur abandonne des frigories au condenseur, puis est rejeté à l'extérieur. Dans un appareil classique déjà passé au domaine public, le dispositif de modification du flux comprend au moins deux volets plans à tiroir, chacun d'eux placé sur l'aspiration d'un ventilateur pour masquer l'entrée de l'air soit intérieur soit extdrie4r-et pouvant occuper des positions intermédiaires ceci entraRne une double opération manuelle malcommode, laisse à l'opérateur le soin de régler les flux à ltestime, et ne permet pas d'utiliser complètement les surfaces d'échange du condenseur et de l'éaporateur. Un appareil plus récent a simplifié l'inversion des régimes Hiver et Eté en proposant d'installer dans une conduite d'air comportant un compartiment condenseur et un compartiment évaporateur séparXs,un sous-ensemble ventilateur -diaphragmeclapet de refoulement par compartiment, ces deux sous-ensembles étant solidaires et capables de tourner d'un demi-tour autour d'un axe transversal à la conduite afin d'inverser ainsi le sensdu flux d'air de chaque compartiment. Un tel système a l'inconvénient dtune partie mobile exagérément lourde, puisqu'elle comprend deux ventilateurs et leurs moteurs, et tellement encombrante dans le sens longitudinal de la conduite qu'elle ne se prête pas à l'installation de l'appareil à travers une cloison ou une ouverture de bâtiment. On a encore proposé un appareil dans lequel l'inversion de flux est réalisée par celle du sens de rotation des deux ventilateurs, d'ailleurs entraînés par des moteurs indépendants et à vitesse variable. Quelles que soient les précautions prises dans le dessin des aubes et carters des ventilateurs, on aboutit à une construction complexe et onéreuse,et on ne peut obtenir une véritable symétrie des flux d'air traversant les ventilateurs dans un sens ou l'autre, ce qui nuit à l'efficacité d'un tel type d'appareil.Quoique l'appareil indiqué soit pourvu d'un registre à obturateur semi-cylindrique, le flux d'air circule à travers les faces terminales de ce registre et il garde la m8me position dans les régimes de fonctionnement hiver et été, dont il ne contribue nullement à Exposé général L'invention se donne pour objectif d'éliminer les inconvénients des appareils déjà connus, en particulier en fournissant un système très simple d'inv-ersion de régime, en minimi sant la complexité de structure et le coOt-desorganes mobiles, et en optimisant l'efficacité aérodynamique et thermique des flux draie et des échangeurs, notamment en spécialisant un ventilateur de soufflage et un ventilateur d'extraction, tous deux centrifugés et montés aux deux bouts d'arbre d'un moteur unique central ; cette disposition est connue, mais elle est valorisée par un registre inverseur cylindrique sur lequel porte Itorigina lité de l'invention. Ces objectifs sont atteints par l'utilisation d'un registre traversé à la fois, mais de façon séparée, par le flux d'air aspiré par le ventilateur de soufflage et par le flux d' air refoulé par le ventilateur d'extraction ; ce registre est disposé dans le trajet de ces flux entre les ventilateurs d'une part et les échangeurs, c'est-à-dire condenseur et évaporateur d'une pompe à chaleur, d'autre part ; la disposition de son organe mobile gouverne le passage de l'un ou autre de ces flux, soit à travers l'évaporateur,soit à travers le condenseur, ce qui réalise l'inversion entre le régime hiver et le régime été. De préférence, le registre inverseur est constitué d'un organe fixe et d'un organe mobile, l'organe fixe ayant la forme d'un cylindre de révolution dont les faces d'extrémités sont ouvertes et dont les parois latérales comportent des fenê- tres pour le passage des flux d'air, dont deux principales en communication permanente L'une avec l'aspiration du ventilateur de soufflage et l'autre avec le refoulement du ventilateur d'extraction. Quant à organe mobile, il est constitué de préférence d'obturateurs qui ont la forme de secteurs cylindriques ayant des dimensions légèrement supérieures à celles de chacune de quatre fenêtres secondaires du registre raccordées par des gaines soit à l'évaporateur, soit eu condenseur, afin dtêtre capables d'obturer ces fenêtres de façon étanche ; ces obturateurs sont solidaires de quatre disques circulaires pleins, eux-m & es fixés sur un arbre de rotation ayant le même axe que le registre, les dits disques ayant le meme diamètre que l'intérieur du registre, deux d'entre eux terminaux fermant de façon étanche les faces d'extrémité du registre, et deux d'entre eux centraux délimitant chacun avec le dis que terminal le plus proche un compartiment cylindrique du registre à faces terminales étenches. I1 est opportun que dans chaque compartiment du registre débouchent une fenêtre principale et deux fenêtres secondaires, les fenêtres secondaires étant identiques entre elles et symétriques par rapport à l'axe du registre cylindrique, et tourne un obturateur. L'organe mobile comporte donc solidairement un arbre, des disques et deux obturateurs disposés de telle sorte que l'obturateur d'un premier compartiment est, par rapport à l'ob- turateur d'un second compartiment, décalé axialement comme les fenttres secondaires et décalé d'un demi-tour en-rotation, de sorte que chacun d'eux peut obturer simultanément une fenêtre secondaire de son compartiment, laissant ainsi l'autre fenêtre du premier compartiment communiquer avec l'évaporateur dans une première position pendant que le second compartiment communique par une fenêtre secondaire avec le condenseur, et dans une deuxième position des obturateurs déduite de la première par une rotation d'un demi-tour, le premier compartiment communique avec le condenseur et le second compartiment avec ltévaporateur. Enoncé des fiqures La Fig. I représente schématiquement une coupe par un plan vertical médian (tel que CC' de la Fig. 2) d'un appareil de ventilation à double flux et pompe à chaleur comportant un registre cylindrique inverseur conforme à l'invention. La Fig. 2 est le schéma d'une vue de dessus d'un appareil de ventilation selon la Fig. I. La Fig. 3 est une vue du même appareil en coupe par un plan vertical tel que AA' de la Fig. 2. La Fig. 4 est une vue du même en coupe par un plan vertical tel que BB' de la Fig. 2. La Fig. 5 est une vue en perspective de l'orane fixe d'un registre inverseur selon l'invention. Les Fig. 6 et 7 sont des vues en perspective de l'organe mobile du mNme registre dans une première et une seconde position. Descriotion détaillée d'une forme de réalisation : Les Fig. I à 4 ont un caractère schématique purement explicatif afin ds montrer la structure générale d'un mode particulier de réalisation d'un appareil de ventilation à double flux et pompe à chaleur connu en lui-même, mais comportant un registre cylindrique inverseur conforme à l'invention. Sur ces figures, on a désigné par I le carrossage externe de l'appareil muni d'issues 2 et 3 vers l'extérieur, 4 de soufflage et S d'extraction de l'enceinte à ventiler.L'issue 2 est reliée par une gaine 6 au condenseur 7 d'une pompe à chaleur, puis par une autre gaine 8 à une fenêtre secondaire 9 d'un registre inverseur désigné dans son ensemble par 10 et communiquant par une fenêtre principale II toujours ouverte avec la conduite 12 d'aspiration d'un ventilateur centrifuge I3 qui souffle l'air figuré par les flèches F, par la bouche 4 vers l'enceinte à ventiler. On a représenté schématiquement par 15 sur la Fig. I la limite entre 11 extérieur et l'enceinte. De l'air est extrait de l'enceinte par la bouche 5 d'aspiration d'un ventilateur centrifuge I6 qui le refoule vers la conduite I7, qui communique par une fenêtre principale 18 toujours ouverte avec le registre inverseur ID ; celui-ci est relié par une fenêtre secondaire 19 et une gaine 20 à l'évaporateur 2I de la pompe à chaleur ; le flux d'air extrait figuré par les flèches G est conduit de là par une gaine 22 à l'issue 3 par laquelle il est rejeté à l'extérieur. On voit sur les Fig. I à 4 un moteur électrique 23 qui entraîne les deux ventilateurs centrifuges I3 et I6, et on y voit aussi le compresseur 24 du circuit classique de la pompe à chaleur à fluide caloporteur circulant en circuit fermé entre le condenseur 7 et l'évaporateur 2I, qui n t est pas entièrement représentée. Il feut remarquer que dans cette description on a choisi de représenter l'un des modes de fonctionnement, régime hiver ou réchauffage de l'air extérieur, où selon l'invention on trouve la succession ~ extérieur-condenseur-reQistre-ventilateur I3-intérieur (premier flux F) -' intérieur-ventilateur I6-registre-évaporateur-extérieur (deuxième flux G). Au contraire la régime été ou refroidissement de l'air extérieur, non représenté, entrainerait selon l'inven tion le parcours - extérieur-évaporateur-registre-ventilateur 13-intérieur (pre mier flux). - intérieur-ventilateur 16-registre-condenseur-extérieur (deu xième flux). On voit bien que ces deux séquences, caractéristiques de l'invention avec l'inversion de l'une à l'autre par le registre comme on l'expliquera plus loin, ne limitent en aucune façon les positions relatives dans l'espace : droite-gauche, dessus-dessous, avant-arrière des éléments constitutifs : échangeurs-registreventilateurs, qui toutes sont des variantes de réalisation de l'invention.En particulier sur la Fig. 1 la cloison 15 peut parfaitement représenter une fenêtre ou un mur vertical que traverse l'appareil de ventilation, comme c'est souvent le cas dans des appareils installés sur des bâtiments déjà construits ; les ventilateurs 13 et 16 pourraient se trouver vers le bas de cette figure et le registre 10 vers le haut, et ainsi de suite, avec ce que cela entrarnereit sur la structure du registre inverseur proprement dit comme modifications des positions relatives des fenêtres principales d'une part, secondaires d'autre part, par rapport à la structure particulière qui va être décrite et qui correspond à la variante représentée sur les Fig. 1 à 4. La structure du registre selon l'invention est maintenant décrite en se reportant aux figures 5 à 7. Le repère 10 désignait l'ensemble de ce registre inverseur, carrefour des flux, et sur ces figures 10 (Fig. 5) désigne l'organe fixe et 10' (Fig. 6 et 7) l'organe mobile du registre ; celui-ci peut prendre deux positions qui se déduisent l'une de l'autre par une rotation d'un demi-tour autour de l'arbre 30 ; ces deux positions sont 10'a ou première position (Fig. 6) et 1U'b ou deuxième position (Fig. 7). Mais c'est uniquement pour la clarté du dessin qu'on a séparé l'organe mobile 10' de l'organe fixe 10, puisque 10' tourne en réalité à l'intérieur de 10 par centrage de l'arbre 30 sur l'axe 31 du cylindre de révolution constitué par l'organe fixe 10. L'organe fixe 10 est une paroi cylindrique dont les deux faces d'extrémités 37 et 40 sont ouvertes, et dans laquelle on a découpé deux fenêtres principales 11 et 18 (quton pourrait appeler supérieures dans la disposition particulière représentée), axialement décalées. On a vu plus haut que dans la variante décrite, le flux F emprunte cette fenêtre II vers l'aspiration du ventilateur de soufflage, tandis que le flux 6 emprunte la fenêtre 18 sur le refoulement du ventilateur d'extraction. La paroi comporte aussi des troncs où elle n'est entamée sur aucun point de sa périphérie, tels que 32 et 36 aux ex trEmités et 34 au centre, de façon à assurer l'étanchéité en coopérant avec des disques pleins 41 à 44 de l'organe mobile 10'. On voit également sur la Fig. 5 des fenêtres secondaires (qu'on pourrait appeler latérales dans la disposition particulière représentée) repérées par les indices 9 et 35 d'une part, 33 et 19 d'autre part. Le couple de fen8tres 9 et 35 est seulement astreint selon l'invention aux conditions suivantes : ces deux fenêtres sont égales en dimensions et se déduisent l'une de l'autre par une rotation d'un demi-tour autour de l'axe 3I du cylindre (ou encore une symétrie par rapport à cet axe) ; il en est de même en ce qui concerne le couple 33 et 19. Comme l'ont montré les Fig. I à 4, dans cette disposition le condenseur 7 se trouve en avant de la Fig. 5 sur presque toute la longueur axiale entre les faces 37 et 40, et déborde largement vers le haut et le bas le diamètre du cylindre.Par contre l'évaporateur 21 se trouve en arrière de le Fig. 5, sensiblement parallèle au condenseur et symétrique de celui-ci par rapport au plan vertical passant par l'axe 31. On voit que les disques 4I à 44 de l'organe mobile IO' assurent à l'intérieur de la paroi IO l'étanchéité entre trois éléments décalés axialement : un premier compartiment vu ici à gauche entre 32 et 34, qui est le compartiment d'extraction, en liaison permanente par la fenêtre principale IB avec le refoulement du ventilateur I6 correspondent ; un compartiment médian passif, correspondant à la paroi 34, entre les disques 42 et 43 ; et un deuxième compartiment vu ici à droite entre 34 et 36, qui est le compartiment de soufflage, en liaison permanente par la fenêtre principale II avec l'aspiration du ventilateur 13 correspondant. Chacun des premier et deuxième compartiment comporte une fenêtre principale et deux fenêtres secondaires ; respectivement 18, avec 33 et I9 pour le premier, et II, avec 9 et 35 pour le second. L'organe mobile IO' est constitué de pièces solidaires : l'arbre 30 et les quatre disques pleins 4I à 44 déjà mentionnés, ayant le même diamètre que l'intérieur du cylindre IO ; on voit sur les Fig. I et 2 en bout de cet arbre une roue d'entrainement 50 servant, de façon manuelle ou mécanique, à commander de l'extérieur de l' appareil une rotation d'un demitour faisant passer l'ensemble de l'organe mobile de sa première position IO'a à sa deuxième position IO'b. Dans ce mouvement l'arbre et les disques d'étanchéité , renforcés éventuellement par des nervures telles que 45, tournent sur eux-mêmes.Mais l'organe IO' comporte aussi deux obturateurs 38 et 39, l'un 38 dans le premier compartiment (extraction) et l'autre 39 dans le second compartiment (soufflage). Ces obturateurs ont la forme de secteurs cylindriques et leur r8le est d'obturer l'un-e des deux fenêtres secondaires de leur compartiment respectif ; leurs dimensions sont donc homothétiques et légèrement supérieures à celles des fenêtres avec lesquelles ils coopèrent respectivement. En outre ils sont décalés l'un de l'autre axialement sur 1' arbre 30 comme les fenêtres secondaires, et décalés en rotation d'un demi-tour. On voit ainsi, dans la première position de l'organe mobile (IO'a, Fig. 6), que l'obturateur 38 ferme la fenêtre secondaire 33 reliée au condenseur 7 et laisse ouverte la fenê- tre secondaire I9 reliée à l'évaporateur 21, pendant que l'obtu- rateur 39 ferme la fenêtre 35 reliée à l'évaporateur et laisse ouverte la fenêtre 9 reliée au condenseur. Les flux d'air sont alors représentés par F pour l'aspiration d'air extérieur, qui avant de passer dans le registre a été réchauffé en traversant le condenseur, et G pour le refoulement de l'air intérieur à l'enceinte, qui après son passage dans le registre abandonne des calories dans I'évaporateur puis est rejeté à ltextérieur. C'est le fonctionnement en régi- me "Hiver". Dans la deuxième position de l'organe mobile (IO'b, Fig. 7), l'obturateur 38 est passé sur l'carrière de la figure et ferme la fenêtre I9 reliée à l'évaporateur, laissant ouverte la fenêtre 33 reliée au condenseur, pendant que ltobtu- rateur 39 ferme la fenêtre 9 reliée au condenseur et laisse ouverte la fenêtre 35 reliée à l'évaporateur. L'air aspiré à l'ex- térieur est refroidi, et l'air extrait de l'intérieur de l'en- ceinte cède des frigories à la pompe à chaleur avant d t être rejeté à l'extérieur. C'est le fonctionnement de appareil en régime "Eté". L'inversion des deux flux d'air d'un régime à l'autre par rapport aux échangeurs de la pompe à chaleur est ainsi réalisée par une rotation d'un demi-tour de l'organe mobile du registre inverseur. REVENDICATIONS I.- Registre inverseur de flux d'air dans un appareil de ventilation à double flux comportant une pompe à chaleur munie notamment d'un évaporateur et d'un condenseur, et deux ventilateurs centrifuges montés de part et d'autre sur l'arbre d'un moteur unique, le dit registre étant cylindrique et muni d'obturateurs mobiles autour de son axe, caractérisé - en ce que le dit registre est traversé par le flux d'air aspiré par l'un des ventilateurs qui souffle l'air vers l'enceinte à ventiler, et par le flux d'air refoulé par l'autre ventilateur qui extrait l'air d-e la dite enceinte, ces flux étant séparés, et que le dit registre gouverne le passage de l'un ou l'autre de ces flux à travers soit l'évaporateur, soit le condenseur. 2.- Registre inverseur selon la revendication I, caractérisé : - en ce qu'il est constitué d'un organe fixe et d'un organe mobile, l'organe fixe ayant la forme d'un cylindre de révolution dont les faces d'extrémités sont ouvertes et dont les parois latérales comportent des fenêtres pour le passage des flux d'air, dont deux principales en communication permanente l'une avec l'aspiration du ventilateur de soufflage et l'autre avec le refoulement du ventilateur d'extraction. 3.- Registre inverseur selon la revendication 2, caractérisé : - en ce que l'organe mobile est constitué d'obturateurs qui ont la forme de secteurs cylindriques ayant des dimensions légèrement supérieures à celles de chacune de quatre fenêtres secondaires du registre raccordées par des gaines soit à l'évaporateur, soit au condenseur, afin d'stries capables d'obturer ces fenêtres de façon étanche, et - en ce que les dits obturateurs sont solidaires de quatre disques circulaires pleins, eux-m & es fixés sur un arbre de rotation ayant le même axe que le registre, les dits disques ayant le même diamètre que l'intérieur du registre, deux d'entre eux terminaux fermant de façon étanche les faces d'extrémité du registre, et deux d'entre eux centraux délimitant chacun avec le disque terminal le plus proche un compartiment cylindrique du registre b faces terminales étanches. 4.- Registre inverseur selon la revendication 3, caractérisé : - en ce que dans chaque compartiment du registre débouchent une fenêtre principale et deux fen8tres secondaires., les fen8tres secondaires étant identiques entre elles et symétriques par rapport à l'axe du registre cylindrique, et tourne un obturateur. 5. Registre inverseur selon la revendication 4, caractérisé - en ce que l'obturateur d'un premier compartiment est, par rapport à l'obturateur d'un second compartiment, décalé axialement comme les fenêtres secondaires et décalé d'un demi-tour en rotation, de sorte que chacun d'eux peut obturer simultanément une fenêtre secondaire de son compartiment, laissant ainsi ltautre fenêtre du premier compartiment communiquer avec l'évaporateur dans une première position pendant que le second compartiment communique par une fenêtre secondaire avec le condenseur, et dans une deuxième position des obturateurs déduite de la première par une rotation d'un demi-tour, le premier compartiment communique avec le condenseur et le second compartiment avec l'évaporateur.