Brevet FR2393241A1 — publié le 19781229

L'invention se rapporte d'une maniere générale à la climatisation de l'air pour le confort-et l'aigrement des personnes, et concerne plus particulie- rement un appareil de faibles poids et encombrement capable de fonctionner de manière autonome pendant une durée limitée pour rafraîchir l'air ambiant au voisinage de personnes incommodées par temps de forte chaleur. Il existe depuis longtemps des installations de climatisation perfec tisonnées pour le conditionnement de l'atmosphère règnent dans des locaux de vastes dimensions, tels qutun immeuble de bureaux, une salle de spectacle ou un tel, ou encore la cabine d'un avion ou une voiture de chemin de fer. Ces installations complexes de forte capacité sont implantées à demeure et fort coûteuses à construire comme à exploiter.Des dispositifs de climatisation plus modestes existent également pour le conditionnement de l'air par exemple dans un appartement ou dans l'habitacle d'une voiture, mais leur utilisation ne se justifie pour de semblables raisons économiques - que dans les régions à climat chaud ou que dans des applications spéciales, par exemple le confinement d'air sterile dans un bloc operatoire ou dans un laboratoire. Par contre, il n'existe pas d'appareil simple et peu coûteux adapté à un emploi plus limite dans le temps et dans l'espace, et de surcroît facilement transportable. En effet, la production de froid s'effectue généralement au moyen d'une machine thermique à compression ou absorption mettant en oeuvre un fluide frigorigène qui circule en circuit fermé et rafraîchit l'air par l'intermédiaire d'échangeurs. Un appareil ainsi congru aurait donc pour inconvénients d'une part d'exiger une alimentation en énergie de puissance notable impliquant un branchement électrique ou la présence d'une forte réserve de combustible tel qu'un gaz comprimé ou liquéfié, et d'autre part de présenter un poids et un encombrement nécessairement importants. Pour ces deux raisons notamment, un tel appareil ne pourrait être aisément transportable.En outre, il ne pourrait pas être utilisé dans un espace clos de faible volume, par exemple sous une tente ou dans l'habitacle d'une voiture, puisque le principe de fonctionnement et le mauvais rendement d'une machine thermique impliquent une forte dissipation de chaleur en compensation de la production de froid. Enfin, le prix inévitablement élevé d'un appareil de ce type serait hors de proportion avec les avantages procurés par son utilisation pendant au plus quelques jours ou semaines chaque année, lors des périodes de canicule dans les régions à climat tempéré. L'invention a pour but de pallier ces inconvénients pour permettre la réalisation à faible coût d'un appareil de climatisation portable et autonome pouvant être utilisé dans un environnement quelconque, et notamment dans un espace clos de faible volume, pour créer dans son voisinage immédiat une ambiance relativement confortable par temps de canicule. Ce but peut être atteint d'une part en s'affranchissant des servitudes inhérentes à la mise en oeuvre directe d'une machine thermique frigorigène par emploi d'une autre source de froid, et d'autre part en limitant volontairement les performances de l'appareil en débit et température de l'air rafraîchi comme en durée d'autonomie de fonctionnement En conséquence, un appareil portable de climatisation conforme à lS invention est essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte-un récepta de destiné à recevoir une charge renouvelable de glaçons et des moyens associés de ventilation forcée, agissant en combinaison pour prélever dans l'atmosphère ambiante un faible flux d'air, en abaisser la température au moyen de la chaleur latente de fusion des glaçons, puis renvoyer dans l'atmosphère le flux d'air ainsi rafraîchi. L'emploi d'une charge de glaçons comme source de froid présente de nombreux avantages, depuis longtemps reconnus . tout d'abord, il est actuellement facile et peu coûteux de se procurer de la glace en tout lieu, puisque l emploi de machines frigorifiques à usage domestique, commercial ou industriel est fort répandu; il est en outre facile de conserver une réserve de glace en l'état pendant une longue durée par des moyens rudimentaires, par exemple en la stockant dans une enceinte étanche thermiquement isolée, telle qu'une boîte d' emballage en polystyrène expansé également facile à se procurer sans débours. Par ailleurs, la valeur élavée de la chaleur latente de fusion de la glace (80 calories par gramme environ) rapportée à la très faible chaleur spécifique de l'air à pression constante (de l'ordre de la calorie par gramme et par degré) comme le rapport de leurs densités respectives (facteur voisin de 1.000 par temps très chaud) permettent d'envisager le rafraîchissement sensible d'un grand volume d'air par fusion d'un faible poids de glace; compte-tenu du mauvais rendement des tranferts thermiques, et pour fixer des ordres de grandeur pratiques, il parait donc possible de rafraîchir de 40C un flux d'air de 1 1/s durant 1 h par la fusion de 1 kg de glace. De telles performances permettraient par exemple d'améliorer considérablement le confort de convives attablés pour le temps d'un repas, de spectateurs rassemblés pour la durée d'une émission de télévision, de passagers d'une voiture sur un trajet d'une centaine de kilomètres ou de campeurs se reposant sous leur tente pour une simple sieste. Ces exemples sont caractéristiques des cas d'emploi auxquels est destiné l'appareil selon l'invention. Les performances de l'appareil pourraient du reste être sensiblement accrues en améliorant les conditions de tranfert thermique des frigories engendrées par la fusion de la glace à l'air pulsé par les moyens de ventilation cet effet, une solution avantageuse consiste à faire barboter l'air dans un bain d'eau éventuellement salée contenant les glaçons. Cette solution a pour avantage essentiel d'assurer un contact direct et intime de l'air avec la source froide constituée par le bain, et par suite les meilleures conditions possibles d'échange thermique; l'humidification relative de l'air qui en est corollaire n'est pas à craindre, puisque ses effets sont annulés par la dilution de l'air rafraîchi dans l'atmosphère ambiante à plus haute température, et donc capable d'absorber sans modification sensible de sontauxhygromètrique et sans risque de condensation la vapeur excédentaire véhiculée par le flux d'air rafraîchi Cette solution a encore pour avantages d'uns part de prendre en compte la production inévitable d'eau de fusion des glaçons, avec réduction de volume et donc sans risque de débordement du bain, et d'autre part de régulariser la température de la source froide aussi longtemps qu'un glaçon subsiste, puis de prolonger la durée d'action de l'appareil par exploitation de la chaleur sensible du bain après fusion du dernier glaçon. L'élévation de la température - jusque là constante - du bain qui s' ensuit peut être exploitée par un organe thermomètrique pour signaler l'épuisement de la réserve de glaçons et/ou commander l'arrêt automatique des moyens de ventilation. Ces moyens comprennent en effet, selon un autre aspect de l'invention, un ventilateur ou compresseur entraîné par un moteur électrique alimenté par une source autonome telle qu'une batterie de piles ou d'accumulateurs, de préférence d'un type rechargeable, dont il convient d'éviter la décharge -en pure par- te dès que la source de froid devient inopérante. La recharge périodique de la source d'énergie électrique peut s'effectuer avec avantage soit à partir du secteur de distribution par l'intermédiaire d'un circuit transformataur-redresseur, soit à partir de la batterie d'un véhicule automobile, compte-tenu de certaines des conditions d'emploi possible de l'appareil. Dans les deux cas, les circuits requis pour la régularisation de la charge sont avantageusement incorporés à l'appareil. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit de deux exemples de réalisation nullement limitatifs illustrés par les dessins annexés, sur lesquels La Figure 1 est une vue an coupe axiale d'un premier appareil portable de climatisation conforme à l'invention, de forme générale cylindrique et des tiné à recevoir des glaçons séparés; et La Figure 2 est une vue en perspective d'un second appareil, de forme générale parallepipèdique et destiné à recevoir des bacs à glace du type équipant habituellement les réfrigérateurs domestiques. L'appareil schématiquement représenté sur la Figure 1 comprend essentiellement un boîtier isolant de forme extérieure cylindrique formant récipient, constitué par l'assemblage de deux pièces emboîtées 10,20 et d'éléments accessoires 30, qui renferme des organes électro-mécaniques 40 et est normalement fermé par un couvercle amovible 50. Chacune des pièces 10,20 du boîtier comporte une paroi cylindrique externe 11,21 et une paroi cylindrique interna 12,22 disposées concentriquement et solidarisées par des parois de fond annulaires 13,23 respectivement. Ces deux pièces sont dimensionnées de manière que la pièce 20 s'emboîte dans la pièce 10 pour former un réceptacle à double paroi en fprme de gouttière annulaire entourant une cheminée axiale. A la périphérie externe de ce réceptacle, l'espace ménagé entre les parois 11,21 est comblé par un manchon isolant 31 en matière isolante légère, telle que du polystyrène expansé. A la périphérie interna et au fond du réceptacle, cet espace est maintenu et divisé en canaux communiquants par des ailettes respectivement axiales 32 et radiales 33 également faites d'une matière isolante.Ces ailettes peuvent entre rapportées, ou de préférence et comme représenté viennent de matière par moulage ou formage avec l'une des pièces 10,20, et notamment avec la-pièce 10 , qui est avantageusement faite de matière plastique injectée, par nature isolante et éventuellement pourvue sur sa face interne d'un revêtement réflecteur formé par métallisation. Cette même pièce 10 comporte par ailleurs sous son fond 13 des ailettes radiales externes 34 formant piètement de support de l'appareil tout en permettant l'accès et le guidage de l'air ambiant vers la base de sa cheminée centrale. Dans cette dernière, la pièce 10 porta en outre des ailettes axiales 35 pour le maintien et le centrage des organes électromécaniques 4Q de l'appareil, qui seront ultérieurement décrits. La pièce 20 pour sa part est avantageusement réalisée en métal inoxydable embouti, et notamment en alliage d'aluminium de forte conductivité calorifique et facile à former. On remarquera que la paroi externe 21 de cette pièce se termine par un rebord situé nettement au-dessous de l'extrémité correspondante de la paroi Il de la pièce 10, et qu'inversement, sa paroi interne 22 est prolongée au-dessus de l'extrémité correspondante de la paroi 12 de la pièce 10, qui elle-même est située à un niveau nettement superieur à celui de l'extrémité de sa paroi externe. Le couvercle 50 enfin est constitué par une simple pièce de matière isolante emboutie ou formée en soucoupe inversée, de manière à s'ajuster étroitement sur les extrémités de la paroi externe 11 de la pièce 10 et de la paroi interne 22 de la pièce 20, en formant dans les deux cas un joint sensiblement étanche, mais en permettent la libre rotation du couvercle 50 par rapport aux pièces 10 et 20 solidaires. Le boîtier ainsi constitué non seulement est de fabrication facile et peu coûteuse, mais encore présente les meilleures qualités d'isolation thermique en raison notamment du choix indiqué des matériaux, de la présence d'une double paroi dépourvue de ponts thermiques, et de sa forme cylindrique réduisant le rapport surface exposée / capacité. En consequence, ce boîtier peut recevoir une charge de glaçons et la conserver en l'état pendant une durée appréciable - par exemple quelques heures - en dehors des périodes de fonctionnement de 1' appareil. Cette charge peut être par exemple de l'ordre de 4 kilogrammes pour des dimensions hors-tout de 24 cm en diamètre et 12 cm en hauteur, ce qui assure une réserve de marche convenable dans un encombrement acceptable. On va maintenant décrire les configurations, circuits et organes incorporés à ce boîtier pour le tranformer en générateur d'air rafraîchi à usage de climatisation locale et temporaire de l'atmosphère ambiante par temps de fortes chaleurs, et ce notamment dans un espace confiné Le principe de fonctionnement de l'appareil est - comme déjà indiqué d'exploiter l'importante chaleur de fusion de la glace et sa densité notable pour rafraîchir modérément un grand volume d'air de faible capacité calorifique et très faible densité relatives. Pour le meilleur rendement du transfert thermique de la glace à l'air, ce dernier est amené à barboter dans le bain issu de la fusion de la glace. A cet effet, l'air est aspiré dans l'atmosphère ambiante et est pulsé dans l'appareil au moyen d'un ventilateur 41 disposé à la base de la cheminée axiale et entraîné en rotation par un moteur électrique 42 alimente par une batterie d'accumulateurs ou piles rechargeables 43 pouvant être périodiquement couplée au secteur de distribution par l'intermédiaire d'un bloc transformateur redresseur 44 et d'un cordon amovible 45. Ces différents organes ressortant de techniques bien connues ne seront pas décrits en plus de détails On remarquera simplement que leur agencement dans la cheminée axiale de l'appareil assure non seulement leur protection mécanique et leur isolement électrique, mais encore permet leur refrOidissement par le flux d'air aspiré à l'extérieur. En effet, ce flux d'air aspiré en A à la périphérie de la base 5 de l'appareil remonte les canaux intérieurs C1 de sa cheminée axiale en lechant les organes électro-mécaniques susmentionnés, puis redescend par les canaux extérieurs C2 de cette même cheminée après avoir contourné l'extrémité supérieure de la paroi interne 12 de la pièce 10, puisque le débouché correspondant de la pièce 20 est obturé par le couvercle 50.L'air pulsé arrive ainsi sous la paroi de fond 23 de cette dernière pièce, qui est percé d'une multitude de fins orifices - éventuellement équipés d'un système de clapets - pour former un diffuseur 0 par lequel l'air peut être injecté dans le bain d'eau E issu de la fusion des glaçons G, sous réserve que sa pression soit suffisante. En pratique, compte-tenu de la faible hauteur d'eau, un simple ventilateur à pales obliques du type représenté ou bien un petit compresseur centrifuge entraîné par un moteur dont la puissance est de l'ordre de la dizaine de watts suffit à créer une surpression suffisante pour refouler l'eau initialement contenue dans la double paroi, puis injecter l'air dans le bain à travers le diffuseur. Les bulles d'air ainsi formées au fond du bain E le traversent sur toute sa hauteur pour parvenir à sa surface libre. Malgré la faible durée de ce trajet, l'air est sensiblement refroidi par son contact intime avec le bain, dont la température reste par définition égale à OOC aussi longtemps qu'il subsiste un glaçon G, et ce dans tout son volume, en raison du brassage intense provoqué par le barbotage de l'air. En pratique, un refroidissement de quelques degrés au plus est obtenu, qui est néanmoins largement suffisant pour procurer les sensations physiologiques et psychologiques de confort recherchées par temps de canicule. Ces sensations sont d'autant plus marquées que l'air refroidi collecté à la surface du bain est renvoyé dans l'atmosphère non pas de manière diffuse, mais sous la forme d'un jet dirigé à volonté, ou de plusieurs jets convenable- ment répartis, A cet effet, l'extrémité supérieure de la paroi externe 11 du boîtier comporte des échancrures ou ouvertures 36 qui peuvent être sélectivement recouvertes par la jupe 51 du couvercle 50 ou bien découvertes par des ouvertures 52 pratiquées dans ladite jupe, pour ainsi former des fenêtres F faisant office de registres règlables de distribution de l'air refroidi dans l'atmosphère ambiante.Par une combinaison judicieuse des répartitions angulaires respectives des ouvertures 36 et 52, il est possible d'obtenir à volonté un ou plusieurs jets, suivant le nombre des utilisateurs : ainsi et par exemple, si la paroi 11 comporte quatre échancrures 36 espacées de 90 et s'étendant sur 10 à 15 chacune, la jupe 51 peut être pourvue de quatre ouvertures 52 semblablement distribuées, plus deux ouvertures-également espacées dans l'un des quadrants et une seule ouverture dans le quadrant opposé, de manière que la rotation relative du couvercle 50 par pas de 300 permette d'obtenir selectivement un, deux ou quatre jets d'air rafraîchi, les positions intermédiaires assurant la fermeture du réceptacle en dehors des périodes d'utilisation de l'appareil. On remarquera que le fond des échancrures 36 est situé nettement audessous du niveau de l'extrémité haute de la paroi 12 et peuvent faire office de trop-plein lors de la recharge de l'appareil en glaçons. Ainsi, lors de cette opération comme lors de la manipulation ou du transport de l'appareil chargé, l'eau ne peut pas accéder à la partie centrale de la cheminée renfermant les organes électromécaniques 40, qui du reste fonctionnent à basse tension et peuvent être incorporés à un bloc étanche. En outra, la fiche du cordon 45 de raccordement au secteur ne peut être branchée sur le bloc transformateur-redresseur 44 que-lorsque le couvercle 50 est ôte ou en position fermée-ce pour éviter que l'appareil puisse être utilisé avec alimentation directe par le secteur - et que de surcroît l'appareil est couché sur le côté ou renversé, et par suite nécessairement vide, en incorporant à la douille du bloc 44 un volet ou verrou (non représenté) actionné par un contrepoids intérieur inacessible. De la sorte, tout risque de court-circuit dangereux voire d'électrocution est totalement exclu. L'appareil représenté sur la Figure 2 ne diffère de celui qui vient d'entre décrit que par sa forme générale parallèlépipèdique, mais comprend les mêmes structuras et organes fondamentaux. Son réceptacle peut toutefois recevoir des glaçons laissés en place dans leur bac, et à cet effet est équipé d'ailettes internes de maintien 37 formant ratelier. Les trois rebords libres de ce récep tacle comportent chacun une échancrure 33 correspondant à celles 53 de la jupe du couvercle, dont la mise an place dans l'une ou l'autre de deux positions inverses permet dtobtenir sélectivement un seul jet d'air frais en façade ou bien trois jets perpendiculaires, et dont le degré dEnfoncement permet de moduler l'intensité de ces jets.Sur le quatrième c8té du réceptacle est agencé un compartiment pourvu d'une ouie d'aspiration 39, dans lequel sont disposés les organes électro-mécaniques et le cordon de raccordement, normalement replié sous un couvercle 46 ne pouvant être ouvert que lorsque l'appareil est vide. Enfin, un niveau R permet de vérifier le degré de remplissage, tandis qu'un thermomètre T est couplé à un détecteur S tel qu'un phototransistor pour interrompre l'ali- mentation du moteur M dès que la température du bain dépassa notablement OOC. Un interrupteur K permet de commander la marche ou l'arrêt de l'appareil, et une lampe-témoin L de vérifier l'état de charge des piles ou accumulateurs. Une sangle ou poignée pivotante P peut en outre être prévue pour faciliter la manu Invention et le transport de l'appareil. Bien entendu, de nombreuses autres modifications comme des compléments ou perfectionnements variés pourraient être apportés à l'appareil, dans les limites raisonnables de coût qu'implique sa rusticité. C'est dire d'une manière plus générale que l'invention n'est nullement limitée aux exemples de réalisation décrits et illustres, mais au contraire comprend tous les équivalents techniques des moyens mentionnés, considérés séparément ou en combinaison et mis en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Appareil portable de climatisation destiné à engendrer pendant une durée limitée un faible flux d'air rafraîchi de quelques degrés au plus, caractérisé en ce qutil comporte un réceptacle destiné à recevoir une charge renouvelable de glaçons et des moyens associés de ventilation forcée, agissant en combinaison pour prélever dans l'atmosphère ambiante un faible flux d'air, en abaisser la température au moyen de la chaleur latente de fusion des glaçons, puis renvoyer dans l'atmosphère le flux d'air ainsi rafraîchi. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce l'air pulsé par les moyens de ventilation est injecté au fond d'un bain d'eau éventuellement salée contenant les glaçons et/ou issu de leur fusion. 3. Appareil selon la revendication -1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le réceptacle contenant les glaçons et/ou le bain comporte au moins localement une double paroi par laquelle l'air pulsé est acheminé sous le fond perforé dudit réceptacle. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en-ce que le recez tacle comporte une. paroi externe en matière isolante et une paroi interne en matériau bon conducteur de la chaleur. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caracté- risé en ce que l'air pulsé a son origine ou passe en un point haut situé au-dessus du rebord supérieur du réceptacle. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le réceptacle est fermé par un couvercle amovible comportant au moins une ouvertures pour l'échappement de l'air rafraîchi sous la forme d'un jet dirigé. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le récepw tacle et le couvercle sont pourvus d'ouvertures complémentaires disposées de manière que différentes configurations de jets d'air rafraîchi soient sélecti- vement obtenues pour plusieurs positions relatives du couvercle. 8. Appareil selon 1 une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de ventilation forcée comprennent un compresseur ou ventilateur entraîné en rotation par un moteur électrique alimenté par une source autonome. 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que la source précitée comprend une batterie de piles ou accumulateurs rechargeables, et un bloc transformataur-redresseur pour leur recharge périodique à partir du secteur de distribution et/ou d'une batterie de véhicule. 10. Appareil selon la revendication B ou la revendication 9, caractérisé en ce qu'il est équipé de moyens de commande manuelle et/ou automatique assurant la mise hors service des moyens de ventilation dès que la température dans le réceptacle dépasse une valeur déterminée at/ou interdisant son raccord dement au secteur lorsque le réceptacle est chargé.