Brevet FR2363711A1 — publié le 19780331

La présente invention concerne un système de ventilation applicable à des appareils du type aspirateur statique permettant d'extraire de locaux ou lieux plus ou moins fermés quelconques, les gaz, vapeurs etc., et plus particulièrement l'air chaud afin de créer une aération et, de façon générale, améliorer des mouvements de gaz. Dans les dispositifs connus de ce genre, on ménage générale- ment dans la partie haute du local à aérer un passage débouchant sur une conduite, qui elle-meme débouche en partie haute à l'exté- rieur du local. L'air chaud, les gaz, par différence de densité ont tendance à monter et s'échappent ainsi dans l'atmosphère. C'est ainsi que dans les cuisines, salles de bains d'appartements, des gaines plus ou moins longues conduisent l'air chaud ou vicié, les gaz, vapellrs jusqu'au sommet de l'immeuble. Une ouverture en position basse du local admet l'air frais extérieur.Seul 11 effet de cheminée est utilisé pour obtenir 11 extraction générale. Dans les locaux industriels on a fréquemment des toitures relativement légères qui ferment directement les parties supérieures de ces locaux, sans interposition de faux plafonds ou dispositifs autres, notamment d'isolation thermique:: 11 extraction en position haute est alors généralement réalisée par une sorte de cheminée tixée directement sur- la toiture et en communication avec 11 intérieur du local par une ouverture pratiquée dans cette toiture. I1 est également fréquent que l'aération soit essentiellement justifiée par la nécessite de maintenir une température du local compatible avec des conditions normales de travail, ce qui peut etre difficile faute d'une suffisante isolation thermique avec l'extérieur dans les périodes chaudes et ensoleillées. Pour tenter de pallier ces difficultés, on associe fréquem- ment un ventilateur à la cheminée; ce ventilateur, placé dans la cheminée, aspire l'air chaud qui a tendance à venir-dans les parties hautes du local et le rejette dans 11 atmosphère. Mais il y a dépense d'énergie pour faire marcher le ventilateur. Dans d'autres cas également, on accélère l'effet de tirage dans la cheminée qui provient de la différence de température entre l'air chaud accumulé dans le local et l'air extérieur plus frais, en accentuant par divers dispositifs le rôle joué par le vent qui souffle au niveau supérieur de la cheminée et aspire ainsi l'air contenu dans cette dernière.Mais le rôle joué par le vent peut ne pas correspondre à ce que l'on souhaite: tout d'abord il peut etre nul alors que règne une forte insolation qui fait monter de façon gênante la température intérieure du local; ensuite il peut avoir un effet d'accélération de l'aspiration de l'air chaud en période hivernale où l'on est obligé de fournir des calories pour maintenir la température ambiante du local conforme à ce qui est souhaitable, Ainsi, dans le premier cas il est sans efficacité; dans le deuxième cas il est cause d'une dépense énergétique non motivée. Le dispositif suivant l'invention permet d'éviter ces incon vénients. Dans celui-ci en effet, il est possible d'obtenir, sans autre dépense d'énergie que celle gratuite du soleil, une amélioration de l'aspiration à l'intérieur d'un local ou dans un milieu quelconque en rapport direct avec l'ensoleillement que reçoit le local, l'immeuble, ou le milieu dans lequel il est situe. Son efficacité est donc directement liée à l'importance du besoin et au moment m8me de ce besoin. Le dispositif, objet de l'invention, comporte une partie extérieure au local ou à l'immeuble, soumise directement au rayonnement solaire, de matière transparente, verre par exemple, de forme cylindrique par exemple; intérieurement au cylindre transparent est placé un corps noir recueillant le rayonnement solaire sur sa surface absorbante. Les radiations solaires absorbées par le corps noir sont partiellement rayonnées sous forme de radiations infra-rouges qui sont alors retenues par la matière transparente, telle que verre, qui l'entoure: c'est le principe du piège solaire que l'on appelle également effet de serre. Le corps transparent cylindrique, ou plus exactement tubulaire est ouvert en ses deux extrémités; l'une de ces extremités est mise en communication avec le local cependant que l'autre extrémité s'ouvre dans l'atmosphère: on obtient ainsi un echauf- fement supplémentaire de l'air ou gaz à évacuer qui accrort sa différence de température avec l'air atmosphérique extérieur. De ce fait on accélère l'éjection vers l'extérieur et, évidemment, l'appel d'air dans la partie antérieure au piège, donc dans le local à aérer. Afin d'obtenir un certain accroissement de pression et partant un meilleur échange thermique entre le piège solaire et la veine d'air ou de gaz qui le traverse, la partie précédent le piège solaire comporte une section divergente dans le sens de l'écoulement. Le piège solaire est orienté suivant un méridien et son axe général peut etre incliné par rapport à la verticale suivant un angle qui permette de recueillir le maximum d'insolation dans les saisons chaudes. Les figures annexées illustrent, à titre d'exemples non limitatifs, des modes de réalisation de dispositifs conformes à la présente invention. La Fig. 1 montre une réalisation d'extraction d'air chaud dans laquelle, sur une toiture 1 est fixée par l'intermédiaire de brides 2 et d'une cale de rattrapage d'inclinaison 3 une gaine de section tronconique 4, dont la partie inférieure correspondant à la plus petite section est en communication avec l'interieur du batiment à aérer par une ouverture 5 pratiquée dans la toiture 1. Cette partie de gaine 4 dans laquelle l'air chaud intérieur au batiment a tendance à s'évacuer du fait de sa force ascensionnelle crée ainsi, du fait de sa divergence, une augmentation de pression de l'air et un ralentissement de sa vitesse. Ces conditions de ralentissement et d'augmentation de pression sont favorables à un bon réchauffement de l'air lorsqu'il arrive dans la partie cylindrique de la gaine constituée par une sorte de tubulure cylindrique 6. Cette partie 6 est réalisée en un corps transparent, verre par exemple, qui associé avec un tube concentrique 7 métallique peint en noir, constitue le piège solaire; le corps noir 7 est évidemment intérieur à la partie cylindrique transparente 6. De façon pratique, le corps noir 7 intérieur au corps transparent 6 est centré dans ce corps transparent 6 par un croisillon de deux ailettes 8 qui s'inscrivent dans le corps transparent 6 et prennent appui sur la partie conique 4 de 11 ensemble La Fig. 2 qui est une section au niveau des parties 6,7 et 8 qui constituent le piège solaire proprement dit, permet de comprendre cette disposition; les ailettes 8 peuvent avantageusement, de par leur matière et leur couleur, constituer partie du corps noir permettant de réaliser l'ensemble du piège solaire. Prolongeant cette partie cylindrique de la gaine dans laquelle l'air en circulation s'est fortement réchauffé, un convergent 9 a pour r81e de diriger le jet d'air chauffé en augmentant sa vitesse et diminuant sa pression. Accessoirement et par l'intermédiaire de fixations 10 un chapeau-déflecteur 11 permet d'éviter que la pluie ne pénètre à l'intérieur de l'ensemble ou que des vents ne soient contraires à une éjection satisfaisante de l'air chaud évacué par la gaine ainsi conçue. Dans la représentation suivant Fig. 1 on voit que le système est incliné suivant un axe formant un angle avec la verticale. Cet angle est déterminé de telle sorte que, en fonction de la latitude du lieu d'installation, le système et plus particulièrement ses éléments 6 et 7 suivant Fig. 1 recueille le maximum de rayonnement solaire en tenant compte des angles d'incidence au cours des jours et de leur variation quotidienne. La constitution du corps noir 7 suivant Fig. 1 est prévue sous forme tubulaire. Cette forme est importante car non seulement elle est favorable à un bon écoulement et réchauffement de la veine gazeuse, mais elle permet une exposition optimum malgré l'angle d'orientation du rayonnement solaire qui varie au cours de la journée. En outre, et ainsi que le montre la Fig. 3, cette réalisation tubulaire du corps noir 7, que ce soit de section cylindrique, octogonale ou autre, permet d'obtenir une surface ensoleillée importante de ce corps noir. En effet, et comme le montre la Fig.3, un rapport suffisamment précis entre la longueur du corps noir 7 et son diamètre ou le diamètre inscrit, détermine un martre couple d'ensoleillement important puisque l'on peut ajouter à l'ensoleillement sur une portion extérieure du corps noir 7 un ensoleillement partiel de l'intérieur de ce mEme corps noir 7. Cet avantage permet de rapprocher davantage l'axe de l'en- semble du système d'non axe vertical et meme d'adopter une disposition verticale. D'autant que l'optimum de cet ensoleillement, en raison des variations de la déclinaison, ne correspond pas à une disposition perpendiculaire à la direction du soleil lorsqu'il est au méridien, le jour d'été, pour la latitude considérée. Notons au passage qu'une légère déviation angulaire du corps noir 7 par rapport à l'axe du corps transparent 6 peut entre également envisagée. Pour ce qui concerne ce rapport entre la longueur du corps noir tubulaire et son diamètre, la Fig. 4 montre que si son axe est vertical, il doit s'établir suivant la formule LJD=tangente A dans laquelle L est la longueur du corps noir tubulaire, D son diamètre ou le diamètre du cercle inscrit dans ce corps noir, et A l'angle maximum de hauteur du soleil au-dessus de l'horizon lorsqu'il passe au méridien au solstice d'été. Dans le cas où l'axe du corps noir est incliné et ainsi qu'il est montré en Fig. 5, il doit l'etre dans le plan du méridien et suivant un angle obtu par rapport à l'horizon en direction du Sud. La formule devient alors L/D = tangente( A - B) dans laquelle L, D et A ont les memes définitions que précédemment; B est l'an- gle formé par l'axe. du corps noir par rapport à la verticale. I1 peut étire intéressant ou nécessaire dans certaines installations d'avoir l'axe du corps noir tubulaire disposé horizontalement, et ce n'est qu'un cas particulier de ce qui précède, dans lequel L/D = cotangente A. Ainsi, dans la représentation suivant Fig. 6, l'axe général de l'installation est horizontal, la communication avec le milieu aval à la circulation s'effectuant par une ouverture latérale 12. Le corps noir tubulaire, ainsi que la section des divers éléments constituant l'ensemble peut etre, ainsi qu'il a été dit, ronde, mais aussi carrée, hexagonale, octogonale etc. et de façon générale suivant toutes dispositíons et matériaux permettant à la fois une bonne captation du rayonnement solaire et l'échange thermique avec l'écoulement gazeux. Les croisillons 8 contribuent à ces fonctions en étant eux-mémes corps noir, outre leur rôle de positionnement du corps noir 7 dans le corps transparent 6. D'autres dispositifs ou matériaux sélectifs peuvent être utilisés pour le corps noir 7 afin d'améliorer l'absorbtion d'énergie rayonnée par le soleil et éviter les pertes de rendement Le corps noir 7 pourra également, afin de diffuser de façon plus homogène dans le flux gazeux, etre prévu en nid d'abeille ou de façon simple, constitué d'un groupe de tubes liés en fagot. De meme le corps transparent 6 pourra etre choisi ou traité afin de laisser passer le rayonnement solaire maximum et réf lé- chissant au lieu de l'absorber le rayonnement infra-rouge ré-émis par le corps noir 7. Aisément aussi, ce corps transparent 6 pourra être constitué de deux ou trois récepteurs concentriques, transparents évidemment, très voisins en dimension de préférence, qui permettront d'augmenter la présence solaire sur le récepteur final que constitue le corps noir 7. Dans une solution liant les avantages de corps transparents successifs et de corps noirs tubulaires groupés en lignes parallèles, afin d'accroftre l'élévation de température et d'augmenter la diffusion de cet accroissement de température dans l'air ou gaz, on pourra, à l'intérieur du corps transparent 6 placer plusieurs tubes transparents 25, ainsi qu'il est montré en Fig. 13, à l'intérieur desquels tubes transparents 25 sont placés des tubes 26, de métal peint par exemple, formant corps noirs. Pour accroitre également le rendement du dispositif, on pourra disposer une partie réfléchissante interieurement ou extérieurement au corps transparent 6 et opposée au rayonnement solaire. Ce peut être, comme le montre la Fig. 7, qui est une section au niveau du corps noir 7, un segment de cylindre 13 dont la face interne réfléchit le rayonnement solaire qui lui parvient à travers le corps transparent 6 et qui n'est pas capté par le corps noir 7 pour le diriger sur ce corps noir 7 ainsi que le rayonnement infra-rouge emis egalement par le corps noir 7. Ce segment réfléchissant 13 peut être également placé intérieurement au corps transparent 6.Un moyen peut être prevu pour que ce segment réfléchissant 13 pivote autour de l'axe de l'ensemble afin de suivre le deplacement diurne du soleil: de même, et pour certains cas, le segment réfléchissant 13 pourra être utilisé alors comme écran entre le rayonnement et le corps noir 7 afin de diminuer ou interrompre l'effet d'accélération du flux gazeux par son échauffement. Le moyen envisage pour faire pivoter le segment 13 peut être manuel ou asservi suivant le degré de perfectionnement désiré. Beaucoup plus simplement, on pourra généralement se contenter de placer à l'intérieur du corps transparent 6 et dans la partie diamétralement opposée au soleil lorsqu'il est au méridien une partie réfléchissante couvrant un secteur de ce corps transparent 6 ce peut être un réfléchissant deposé par application ou une simple feuille mince, par exemple, de milar, d'aluminium, ou autre, plaquée à l'intérieur du corps transparent 6 et en arrière du corps noir 7. L'ensemble ainsi défini, s'il a ete généralement représenté comme ayant des sections symétriques par rapport à un axe général, peut évidemment comporter des orientations ou déformations en modifiant l'apparence mais respectant sensiblement les surfaces de sections d'un ensemble convergent-divergent régulier. Les Fig. 8 et 9, par exemple, montrent shematiquement deux ensembles parallèles similaires à surfaces de sections équivalentes. L'effet d'accélération du flux gazeux peut être également utilisé de façon indirecte. C'est ainsi que, suivant Fig. 10 le systeme pourra être utilisé en effet de trompe. Le convergent 9 d'évacuation de l'air accéléré par le systeme pourra être prolongé par un ajutage 14 aboutissant dans une canalisation 15. Cet ajutage 14 débouchant dans l'axe de la canalisation 15 et orienté dans le sens de l'extraction de cette canalisation aura un effet de trompe accélérant l'extraction dans la partie aval de cette dite canalisation 15. D'autres applications peuvent être envisagées. A titre d'exemple non limitatif, la Fig.ll montre une application à la production d'eau douce à partir de l'eau de mer. La Fig. 12 est une vue de face de la précédente. Suivant ces Fig. 11 et 12, un nez 16 est ouvert face au vent. Un divergent 4 assure une augmentation de pression et un ralentissement de l'air qui s'echauffe ensuite grace à l'effet du corps transparent 6 et du corps noir 7. Le résultat en est d'élever la temperature et accélérer l'évaporation de l'eau de mer 17 qui est admise, comme il sera vu plus loin, dans le système. L'air échauffe et chargé de vapeur d'eau frappe à l'éjection les parois relativement plus froides du convergent 9 où la vapeur d'eau se condence, ruisselle, et est recueillie par des rigoles 18 d'ou des moyens adéquats, tubes par exemple, reprennent cette eau pour l'envoyer à des réservoirs. Des parois supplementaires de condensation 19 peuvent être éventuellement placées à l'intérieur du convergent 9 ou tout autre dispositif adéquat à cet effet. Dans cette représentation suivant Fig. 11 et 12, on voit que l'orientation du système face au vent est donnée par deux lames verticales 20 qui agissent comme une girouette avec l'effet accentue par leur rapprochement progressif dans le sens de l'écoulement du vent. Avantageusement egalement, une paroi 21 relie les lames verticales 20 en laissant un espace progressivement rétreint avec la partie superieure du convergent 9, de telle sorte que la tuyère ainsi forméeait egalement tendance à l'orientation dans le vent. Cette paroi 21 sert en outre à abriter la partie supérieure du convergent 9 du rayonnement solaire, et par conséquent associé au passage d'air dans la tuyère ainsi formée, l'effet en est de faciliter le refroidissement et la condensation de l'air humidifié s'écoulant dans le convergent 9. Eventuellement un ancrage est prévu au nez 16 afin de maintenir l'ensemble dans une zône déterminée. L'ensemble ainsi décrit repose sur une embase flottante 22 dans laquelle des passages 23 mettent en communication l'eau de mer environnante avec l'inté- rieur du corps transparent 6. La pénétration de l'eau dans l'intérieur du système est de faible hauteur mais maintenue constante par l'equilibre réalisé entre des flotteurs 24, le systeme, et les passages 23 par lesquels se compense l'eau évaporée. Des variantes de realisation permettront également la récupération du sel abandonné par l'eau de mer lors de son évaporation. Il peut être également imaginé des installations importantes, utlisant le principe de de l'invention, telles par exemple mettant a profit de fortes déclivités d'un site, avec l'admission de l'air au niveau bas, des conduits traites en corps transparent avec corps noir interieur succédant et disposés dans les parties bien exposées au soleil, au niveau bas et le long des pentes du terrain dans les parties les plus propices: au sommet, l'air chauffé et fortement accéléré débouche dans une station où son énergie est transformée par des turbines ou tous autres moyens. A la force naturelle du tirage dû à la différence de niveau, s'ajoute ainsi l'énergie obtenue par le système objet de l'in- vention. Dans tous les exemples d'application de l'invention, tels qu'ils ont ete décrits, on peut évidemment prevoir des volets dont l'ouverture règle l'admission de l'air ou des gaz dans le systeme afin de pouvoir éventuellement en modifier le débit. I1 va de soi egalement que le divergent 4, convergent 9, dans tous ces systèmes, peuvent être transparents, tout comme le corps transparent 6 et même d'une même matière, notamment si l'ensemble de ces trois éléments est obtenu en une seule pièce, moulee par exemple, que ce soit de verre, d'une matière plastique transparente ou autre matériau. Certaines installations pourront comporter des ensembles tels que décrits précédemment utilisés en batteries ou groupes: on pourra placer ces batteries ou groupes à l'intérieur d'un coffrage transparent formant également serre autour de ces batteries ou groupes augmentant ainsi l'effet de l'ensemble. REVENDICATIONS 1- Dispositif permettant d'accroitre et accélérer un flux d'air, gaz ou vapeur par un conduit ouvert à ce flux d'air, gaz ou vapeur, caractérisé par le fait qu'il comporte un moyen de chauffage par le soleil incorporé au conduit, destiné à augmenter la température du flux d'air, gaz ou vapeur afin d'en augmenter la vitesse et le débit. 2- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen destiné à augmenter la température à l'intérieur du conduit est une partie de ce conduit constituée d'un matériau transparent au rayonnement solaire et formant ainsi piege solaire. 3- Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le moyen destiné à augmenter latempérature à l'intérieur du conduit, est un corps noir, tel que ce terme est admis en tant que corps d'absorption d'énergie solaire ré-emettant cette énergie dans une longueur d'onde différente, placé à l'intérieur du conduit et soumis au rayonnement solaire admis par la partie de conduit constituée en materiau transparent à ce dit rayonnement. 4- Dispositif selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé par le fait que le moyen destiné à augmenter la température de l'air, gaz ou vapeur circulant dans le conduit, par un meilleur echange au niveau de la partie transparente du conduit et du corps noir de section tubulaire , est une partie de conduit de section progressivement divergente dans le sens du flux de gaz, air ou vapeur en amont de ce niveau d'echange thermique entre le dispositif et l'air, gaz ou vapeur. 5- Dispositif selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé par le fait que le moyen destiné à augmenter la vitesse d'éjection de l'air, gaz ou vapeur après son réchauffage par les moyens prévus en revendications 2 et 3, est une partie de conduit de section progressivement convergente dans le sens du flux de gaz, air ou vapeur en aval du niveau d'echange thermique entre le dispositif et l'air, gaz ou vapeur. 6- Dispositif selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé par le fait que le moyen destiné à maintenir le corps noir tubulaire en position adéquate à l'intérieur de la partie de conduit transparente au rayonnement solaire, est un ensemble croisilloné de plaques formant elles-memes corps noir, dans lesquelles des fentes permettent leur assemblage croisillone et l'insertion du corps noir le long de ses generatrices. 7- Dispositif selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé par le fait que le moyen destine a augmenter la température à l'intérieur du conduit, est une partie de ce conduit formee de plusieurs éléments concentriques en un materiau transparent au rayonnement solaire. 8- Dispositif selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé par le fait que le moyen destiné à augmenter la température à l'intérieur du conduit, est une réalisation multitubulaire ou en nid d'abeilles du corps noir a travers et autour duquel s'écoule l'air, gaz ou vapeur en circulation. 9- Dispositif selon les revendications 1, 2 et 3, caracterise par le fait que le moyen destiné à augmenter la température à l'intérieur du conduit, est un groupe de tubes formant corps noir, chacun de ces tubes formant corps noir étant placé à l'intérieur d'un tube de matière transparente aux rayons solaires qui ont déjà traversé la matière transparente partie du conduit principal, les tubes de matière transparente étant concentriques ou sensiblement concentriques à chacun des tubes du groupe formant corps noir 10- Dispositif selon les revendications 1, 2 et 3, caracterise par le fait que le moyen destiné à augmenter la tem perature à l'intérieur du conduit, est une surface réfléchissante placée intérieurement ou extérieurement à la partie de conduit en matériau transparent, surface réflechissante couvrant un secteur de ce conduit, en arriere du corps noir par rapport au rayonnement solaire.