Brevet FR2308851A1 — publié le 19761119

La présente invention concerne un système de commutation de deux flux gazeux. Elle concerne également, à titre de produit industriel nouveau, une pompe à chaleur équipée d'un tel système, et dont les sources thermiques sont constituées par tes deux flux. Il est connu de réaliser dans les installations industrielles des systèmes de commutation de deux flux gazeux a' basse pression, par exemple. pour diriger sélectivement ces flux ve-s des échangeurs de chaleur. MAis ces flux circulent en général dans des gaines de large section, et les systèmes de commutation connus, comprenant notamment des vannes papillon ou des volets et des culottes de -raccordement sont encombrants et coûteux. thie application particulière de tels systèmes de commutation concerne les pompes à chaleur prévues pour le chauffage des locaux d'habitation ou industriels. La réversibilité théorique du cycle thermodynamique de ces pompes permet en effet de les utiliser.en été pour la linLatisation des locaux L'idée d'inverser le sens de circulation du fluide frigorigène ayant conduit à certains déboires, on a envisagé de commuter de préfSrence les deux sources thermiques, qui peuvent être, par exemple, l'air vicié extrait du local et l'air de renouvellement qui y est soufflé.Mais on se heurte, dans les locaux d'habitation, à un problème d'encombrement et de cott encore plues urdu que dans les installations industrielles. La présente invention vise à réaliser un système de commutation de deux flux gazeux qui soit d'un encombrement réduit et d'un faible coût, et qui soit en particulier applicable aux- pompes à chaleur à usage domestique ou industriel. Suivant l'invention, le système de commutation de deux flux gazeux circulant suivant une même direction générale, dans le même sens ou in sens opposé, comprend deux passages distincts et séparés, une entré. pour chacun de ces deux flux et deux sorties, et il.est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour orienter sélectivement chacun des deux flux vers l'une prédéterminée des deux sorties et pour faire passer sélectivement chacun des flux par l'un prédéterminé des den- passages. On peut ainsi d'une part commuter à volonté chaque entrée vers l'une des deux sorties et d'autre part faire passer à volonté chacun des deux flux dans un des passages ou dans l'autre. Ces deux passages sont supposés fonctionne.llement différenciés, par exemple par la présence d'échangeurs de chaleur distincts, qui peuvent être respectivement l'évaporateur et le condenseur d'une pompe à chaleur. Suivant une réalisation particulière de l'invention, le système comprend une cloison de séparation parallèle à la direction générale des flux pour séparer les deux passages, et deux cloisons également parallèles à cette direction générale, mais transversales à la cloison de séparation, pour séparer respectivement les deux entrées l'une de l'autre et les deux sorties l'une de l'autre, et les moyens d'orientation des flux comprennent des moyens d'obturation sélective situés entre les cloisons précitées. Les deux compartiments d'entrée, séparés par une-cloison d'entrée, sont chacun en regard des deux passages séparés par la première cloison précitée transversale à la cloison d'entrée, et quatre dispositifs d'obturation permettent d'orienter les flux respectifs vers chacun des deux passages. Une cloison de sortie, qui peut etre avantageusement dans le prolongement de la cloison d'entrée, sépare les compartiments de sortie et quatre autres dispositifs d'obturation permettent d'orienter sélectivement les flux sortant des passages vers les compartiments de sortie. Ges caractéristiques staccomaodent d'un gainage rectiligne de faible encombrement. Appliqué à une pompe à chaleur, ce système permet de passer facilement du conditionnement d'hiver au conditionnement d'été. Il permet également le fonctionnement en circuit fermés D'autres particularités ressortiront encore de la description détaillée tui-va suivre. bux dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif La figure 1 est une coupe en élévation, suivant I-I de la figure 2, d'un système de commutation conforme à l'invention appliqué à une pompe à chaleur prévue pour la climatisation d'un local d'habitation la figure 2 est une coupe en plan suivant II-II de la figure 1. la figure 3 est une vue en perspective arrachée de la réaUsatio-n des figures 1 et 2. la figure 4 est une coupe partielle en élévation d'une réalisation particuliere des moyens d'obturation. la figure 5 est une vue suivant la direction générale des flux d'une autre réalisation particulière des moyens d'obturation. EQ référence aux figures 1 à 3, le système de commutation est associé à une pompe à chaleur comprenant, de façon connue, un groupe moto-compresseur 1, un évaporateur 2 et un condenseur 3. Le système comprend un coffrage 4 sensiblement parallélépipédique que l'on supposera, dans ce qui suit, reposer sur le sol comme il ressort de la figure 1. Le groupe moto-compresseur est logé dans un compartiment 5 à l'arrière du coffrage 4. Àa voi8inagb du oompartiment 5, le coffrage 4 comprend une première entrée latérale de flux 6 qui, dans l'exemple, est prévue pour reoevoir l'air vicié extrait du local, et une seconde entrée latérale de flux 7 qui, dans l'exemple, est prévue pour recevoir l'air extérieur de renouvellement. Ces entrées débouchent sur deux compartiments d'entrée respectifs 8, 9, séparés par une cloison verticale d1 entrée 11. .* Ia direction générale des flux étant définie comme la direction droite-gauche sur les figures 1 et 2, on trouve une cloison de séparation horizontale 12 définissant, dans le coffrage 4, deux passages 13, li, respectivement supérieur et inférieur. Le passage 13 contient l'évaporateur 2, et le passage 14 contient le condenseur 3. Poursuivant dans la direction générale des flux, une cloison verticale de sortie 15 sépare deux compartiments de sortie 16, 17 des lesquels aspirent des ventilateurs respectifs 18, 19. Le ventilateur 18, diagonalement opposé à l'entrée 7, est raccordé au refoulement à une gaine de soufflage dans le local non représentée, et le ventilateur 19, diagonalement opposé à.ltentrée 6, est recordé à une gaine de rejet à l'atmosphère non représentée. Les compartiments d'entrée 8 et 9 communiquent avec le passage supérieur 13 par des orifices 21, 22 respectifs munis de volets oscillants 23, 24 manoeuvrables sélectivement, et avec le passage inférieur 14 par des orifices 25, 26 munis de volets analogues 27, 28. De même, les compartiments de sortie 16, 17 communiquent avec le passage supérieur 13 par des orifices respectifs 29, 31 munis de volets 32, 33, et avec le passage inférieur 14 par des orifices 74, 35 munis de volets 36, 37. Dans la paroi du compartiment de sortie 16 est prévu un orifice 38 muni d'un volet non représenté réglable en position sur la commande d'un thermostat d'ambiance. Des orifices 39, 41 sont pratiqués dans la paroi arrière des compartiments d'entrée pour mettre ces compartiments en communication avec le compartiment 5 contenant le groupe motocompresseur 1. Ils peuvent être obturés par dés volets 42, 43 réglables en position. Un réceptacle 44 est disposé sous l'évaporateur 2 pour recevoir les condensats, et il est relié à des rampes d'arrosage 45 disposées au-dessus du condenseur 3, ainsi qu a une tuyauterie d'évacuation par l'intermédiaire d'une électro-vanne 46 représentée schématiquement. Dans la position des volets indiquée sur les figures 1 à 3, l'ensemble ainsi décrit fonctionne de la façon suivante. L'air vicié extrait du local entre par l'entrée 6 dans le compartiment 8 où son flux s'augmente d'un certain flux d'air entrant par l'orifice 39 ouvert après s'hêtre échauffé en refroidissant le groupe moto-compresseur t. Du compartiment 8, l'air vicié passe dans le passage supérieur 13 par l'orifice 21 ouvert et traverse ce passage 13 en diagonale vers l'orifice 31 ouvert, en passant à travers l'évaporateur 2 auquel il cède une partie de sa chaleur. Une fois entré dans le compartiment de sortie 17, l'air vicié est-rejeté à l'atmosphère par le ventilateur 19. De la même manière,de l'air frais de renouvellement est aspiré par ltouverture 7 dans le compartiment d'entrée 9 d'où il passe, par l'orifice 26 ouvert, dans le passage inférieur 14 qu'il traverse suivant une diagonale symétrique de celle de l'air vicié vers l'orifice 34 ouvert, en passant à travers le condenseur 3 où il s'échauffe. Une fois entré dans le compartiment de sortie 18, cet air est soufflé dans le cal par le ventilateur 18. On obtient ainsi le conditionnement d'hiver. Les condensats qui:.peuvent apparattre sur l'évaporateur 2 sont recueillis dans le réceptacle 44 et amenés aux rampes d'arro sage 45 pour humecter le condenseur 3 et parfaire ainsi le conditionnement d'air dans la mesure nécessaire. S'il n'y a pas lieu d'humidifier l'air envoyé dans le local, l'ouverture de l'électro-vPnne 46 permet l'évacuation des condensats. Par l'ouverture 38, le ventilateur 18 aspire un certain débit d'air extérieur qui vient refroidir l'air chauffé soufflé dans le local. Le volet réglable de cette ouverture est sous la dépendance d'un thermostat d'ambiance, de manière que ce refroidis sement présente juste l'intensité nécessaire. Cette disposition permet d'éviter les arrêts et remises en route fréquentes de la pompe à chaleur qui sont génératrices d'alternances de température désagréables dans le local. Si les huit volets oscillants placés sur le parcours des flux sont dans la position inverse de celle représentée aux figures 1 à 3, les parcours demeurent les mêmes en vue en plan, mais l'air de renouvellement passe alors sur l'évaporateur 2 pour s'y rafratchir,.alors què l'air vicié se charge sur le condenseur 3 de la chaleur à évacuer. On obtient ainsi le conditionnement d'été. On peut également manoeuvrer les volets de manière que les orifices 22 et 31 soient ouverts, ainsi que les orifices 25 et 34. Dans ces conditions, les deux flux cheminent parallèlement sans se croiser, l'air vicié passant par le passage inférieur 14 où il s'échauffe sur le condenseur 3 avant d'être envoyé dans le local, et l'air extérieur cédant sa chaleur à l'évaporateur 2 dans le passage supérieur 13 avant d'être renvoyé à l'atmosphère. On obtient ainsi un conditionnement d'hiver en circuit fermé. Si l'on inverse la position des volets par rapport à la dernière disposition, on obtient le conditionnement d'été en circuit fermé, les parcours des flux dans les passages 13 et 14 étant inversés. L'air vicié recyclé se refroidit sur l'évaporateur et la chaleur ainsi enlevée est emportée par le flux d'air extérieur, via le condenseur 3. La figure 4 représente une variante de réalisation des volets, en élévation. Un clapet glissant 47 est disposé de telle manière que sa manoeuvre ouvre un orifice inférieur 26 en même temps qu'elle ferme un orifice supérieur 22. On peut également concevoir que le clapet 47 coopère avec deux orifices tels que 21 et 22 (figure 2) placés côte à cite. La figure 5 représente Bee autre variante de réalisation e e ue des volets. Une plaque circulaire/48 est placée entre d'une part les compartiments d'entrée 8 et 9 et d'autre part les passages 13 et 14, et elle est percée de quatre orifices 21, 22 et 25, 26 disposés en carré. Une seconde plaque circulaire 49 est montée à glissement mtakf coaxial sur la plaque 48 et comprend deux orifices 51 et 52, disposés en diagonale, de manière à venir corncider soit avec les orifices 22 et 25 de la plaque 48, soit avec les orifices 21 et 26 suivant la position la plaque 49. La rotation d'un quart -de tour de la plaque 49 permet donc la commutation été-hiver. Avec une telle réalisation, le coffrage 4 serait au moins partiellement de forme générale cylindrique. L'invention permet donc de réaliser un système de commutation de deux flux gazeux compact et d'encombrement très réduit, en même temps que de construction très simple et économique, et qui permet cependant une commutation à quatre positions. L'application décrite à une pompe à chaleur ne constitue évidemment qu'un exemple, et l'on pourrait trouver de nombreuses autres applications dans le domaine industriel, notamment dans les circuits de gaz où interviennent des échangeurs. On pourrait également concevoir de nombreuses variantes eonstructives mineures sans sortir du cadre de 1' invention. - Il est d'autre part évident que la position horizontale indiquée pour la direction générale des flux n'est donnée qu'a titre d'exemple et que le système peut fonctionner dans n importe quelle position, en prévoyant éventuellement une modification du dispositif de récupération des condensats à la portée de l'homme de l'art. Enfin, les deux flux, au lieu de circuler dans le même sens comme dans l'exemple décrit, pourraient circuler dans des sens opposés, chaque extrémité du système comprenant une entrée et une sortie. REVEND ICAT IONS 1.- Système de commutation de deux flux gazeux circulant suivant une même direction générale, dans le même sens ou en sens opposé, comprenant deux passages distincts et séparés, une entrée pour chacun des deux flux, et deux sorties, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour orienter sélectivement chacun des deux flux vers l'une prédéterminée des deux sorties et pour faire passer sélectivement chacun des flux par l'un prédéterminé des deux passages. 2.- Système conforme à la revendication 1, dans lequel les flux circulent dans le même sens, caractérisé en ce qu'il comprend une cloison de séparation parallèle à la direction générale des flux pour séparer les deux passages précités, et deux autres cloisons également parallèles à la direction générale des flux, mais transversales à la cloison de séparation pour séparer respectivement les deux entrées l'une de l'autre et les deux sorties l'une de l'autre, et en ce que les moyens d'orientation des flux comprennent des moyens d'obturation sélective situés entre les cloisons précitées. 3.- Système conforme à la revendication 1, dans lequel les flux circulent en sens opposé, caractérisé en ce qu'il comprend une cloison de séparation parallèle à la direction générale des flux pour séparer les deux passages précités, et deux autres cloisons également parallèles à la direction générale des flux, mais transversales à la cloison de séparation pour séparer respectivement chaque entrée de chaque sortie, et en ce que les moyens d'orientation des flux comprennent des moyens d'obturation sélective situés entre les cloisons précitées. 4.- Système conforme à l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens d'obturation comprennent des volets oscillants. 5.- Système conforme à l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens d'obturation comprennent des volets glissants, agencés pour obturer un orifice en ouvrant un autre orifice. 6.- Système conforme à l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens d'obturation comprennent une paire de plaques fixes percées chacune d'au moins quatre orifices et une paire de plaques mobiles montées à glissement rotatif sur chaque plaque fixe pour ouvrir et obturer respectivement les orifices des plaques fixes. 7.- Application d'un système conforme à l'une des revendications 1 à 6 à une pompe à chaleur comprenant un évaporateur, un condenseur et un groupe moto-compresseur, dont les flux gazeux précités, animés par des ventilateurs respectifs, constituent les sources thermiques. 8.- Pompe à chaleur conforme à la revendication 7, destinée au conditionnement de locaux, caractérisée en ce que son condenseur et son évaporateur sont montés respectivement dans les deux passages précités du système de commutation, les deux ventilateurs précités refoulant respectivement dans le local conditionné et à 1 'atmosphère. 9.- Pompe à chaleur conforme à la revendication 8, caractérisée en ce que les deux passages du système de commutation sont disposés suivant des trajets sensiblement horizontaux et l'un audessus de l'autre, l'évaporateur étant placé dans le passage supérieur et le condenseur dans le passage inférieur, et en ce qu'elle comprend des moyens pour recueillir les condensats sur l'évaporateur et pour en humecter le condenseur. 10.- Pompe à chaleur conforme à l'une des revendications 8 ou 9, caractérisée en ce qu'elle comprend un orifice réglable à l'aspiration de celui des ventilateurs refoulant dans le local agencé pour permettre une injection d'air atmosphérique quand ce ventilateur est mis en relation avec le passage du système de commutation qui convient le condenseur.