Brevet FR2370238A1 — publié le 19780602

La présente invention se rapporte a un appareil de récupération de chaleur utilisable dans des systèmes de ventilation sous la propulsion forcée de l'air entrant et de l'air sortant et comprenant un dispositif pour assurer un échange indirect -de chaleur entre l'air sortant et l'air entrant et un dispositif pour dégivrer automatiquement l'échangeur de chaleur. Du fait du coût élevé de l'énergie, on prend maintenant des mesures appropriées lors de la construction de bâtiments pour faire en sorte qu'ils soient bien hermétiques et thermiquement bien isolés. De cette manière, la quantité d'énergie nécessaire pour chauffer les bâtiments est relativement faible, la chaleur contenue dans l'air de ventilation utilisé representant une fraction substantielle de l'énergie totale nécessaire pour le chauffage. En vue d'obtenir une ventilation qui soit à la fois efficace et économique en ce qui concerne llenergie, on a proposé des systèmes de ventilation à propulsion forcée de l'air entrant et de l'air sortant et dans lesquels un rechange de chaleur est effectue entre-l'air sortant et l'air entrant pour récupérer l'énergie contenue dans l'air sortant.En dépit-de cette récupération de la chaleur contenue dans l'air sortant, la ventilation se traduit toujours par une certaine perte d'énergie et, en conséquence, il est souhaitable de pouvoir régler le degré de ventilation en fonction des imperatifs existants, par exemple pour maintenir seulement de faibles débits diapir de ventilation, correspondant ce qu'on appelle une ventilation economique et/ou d'entretien, quand le bâtiment en question est vide. L'air sortant a souvent une forte teneur en humidité, cette humidité ayant tendance à former une condensation à l'intérieur de l'échangeur de chaleur et à certains moments à produire du givre dans celui-ci quand la température de l'air extérieur, et par conséquent de l'air entrant, est relativement basse. Une formation excessive de givre sur les parois des passages dans lesquels s'écoule l'air sortant se traduit par une altération du rendement de l'échangeur de chaleur et, par conspuent, par une réduction du débit d'air sortant, et il en résulte des pertes d'energie et une atténuation de la ventilation.Pour remédier aux inconvénients créés par une telle formation de givre ou de glace, on a propose de secher l'air sortant avant son arrivée sur l'échangeur de chaleur, aussitôt au'il il existe un risque de formation de givre, habituellement à des températures extérieures de OOC, ou immédiatement en dessous. Dans de nombreux cas, cela se traduit par une perte de fraction considerable de l'énergie pouvant être libérée par condensation de la vapeur d'eau contenue dans l'air sortant lorsque les températures extérieures sont basses, c'est-à-dire lorsqu'il est le plus souhaitable de recupêrer au maximum la chaleur contenue dans l'air sortant. Pour permettre une récupération plus complète de la chaleur contenue dans l'air sortant, on a également proposé d'enlever le givre forme dans les passages d'écoulement d'air sortant dans l'échangeur de chaleur à l'aide d'un préchauffeur d'air entrant qui sert à chauffer cet air avant son introduction dans l'échangeur de chaleur, ledit préchauffeur étant enclenche et arrête à l'aide d'un contacteur sensible à la pression qui détecte une baisse de pression à la sortie de l'échangeur de chaleur et qui enclenche le préchauffeur lorsque cette baisse de pression dépasse une valeur prédéterminée. Un inconvénient d'un tel système de commande consiste en ce que le contacteur sensible à la pression n'est pas suffisawment précis et est en outre coûteux. Egalenient, un tel système de commande necessite un débit constant d'air sortant et on ne peut par conséquent pas l'employer en cooperation par exemple avec des systèmes de ventilation permettant une ventilation d'entretien; ce système de commande ne permettant également pas un réglage selectif des entres et sorties d'air de ventilation dans des parties differentes du bâtiment, puisque ces réglages ont également une influence sur le débit d'air sortant. L'invention a en conséquence pour but de fournir un appareil simple, utile et peu coûteux mais néanmoins fiable qui permet de remedier aux inconvenients mentionnés ci-dessus. Dans ce but, il est proposé selon l'invention un appareil du type précité qui comprend des moyens operant en fonction de la température de l'air provenant de l'échangeur de chaleur pour activer le dispositif de dégivrage quand la température tombe en dessous d'une première valeur prédéterminée. De cette manière, on est assuré d'une façon simple que-le dispositif de dégivrage soit seulement enclenché lorsque cela est nécessaire et reste en service en fonction de cet impératif et, également, que le système soit insensible à des variations des debits d'air entrant et d'air sortant, c'est-à-dire permette l'établissement d'une ventilation d'entretien et un reglage des entres et des sorties d'air de ventilation dans le bâtiment où il est installé. Ladite valeur prédéterminée de la température est sélec tionnée dans chaque cas particulier de manière que le dispositif de dégivrage ne commence pas à fonctionner avant que la température de l'air entrant provenant de l'échangeur de chaleur soit suffisamment basse pour indiquer qu'il s'est produit une formation de givre perturbateur dans les passages de l'échangeur de chaleur.De préférence, cette température est choisie en pratique dans une plage, comprise entre 8 et 120C, et elle est plus particu lièrement réglée à environ 10 C. De cette manière, l'humidité contenue dans l'air sortant se condense dans une large mesure au contact des parois des passages de l'échangeur de chaleur, en particulier, pendant des périodes froides de l'année, et elle cède sa chaleur à l'air entrant par l'interme- diaire desdites parois, la température de l'air extérieur pouvant descendre à des valeurs comprises entre -12 et -15 C avant que la température de l'air entrant intervenant dans l'échange de chaleur soit tombée à la valeur produisant une activation du dispositif de dégivrage. Le dispositif de dégivrage se présente avantageusement sous la forme d'un préchauffeur d'air entrant qui est placé en amont de l'échangeur de chaleur, ce préchauffeur pouvant être chauffé électriquement, ou bien, par exemple, a l'aide d'eau chaude ou d'air chaud. Pour permettre l'enclenchement et làrrêt-du préchauffeur d'air entrant d'une manière simple et sOre, ledit moyen d'activation comprend de préférence un contacteur thermique, dont le détecteur de température est balayé par l'air entrant provenant de l'échangeur de chaleur, ce contacteur pouvant être incorporé à un circuit électrique de commande du préchauffeur ou bien, quand ce préchauffeur est chauffe électri- quement, le contacteur peut être incorporé directement au circuit d'alimentation en courant du préchauffeur. Dans des cas extremes, quand le préchauffeur d'air entrant est à lui seul incapable de dégivrer l'échangeur de chaleur lors d'un écoulement continu de l'air entrant, il est alors prévu avantageusement des moyens pour interrompre ou réduire la propulsion forcée de l'air entrant quand la température de ce dernier à la sortie de l'échangeur de chaleur tombe en dessous d'une seconde valeur prédéterminée qui est inférieure à la première valeur. De cette manière, un dégivrage de 1 'échangeur de chaleur est favorisé ou complètement assuré par l'air sortant relativement chaud qui passe dans le côte correspondant de 1 'échangeur de chaleur. Cette seconde température est, de préférence, choisie de façon à être inférieure de 2-à 5"C à la pre mière valeur. Le moyen permettant de réduire ou d'interrompre la propulsion forcée de l'air entrant comprend, de façon appropriée, un contacteur thermique dont le détecteur de température est balayé par l'air entrant s'échap- pant de l'échangeur de chaleur et qui est branché dans le circuit d'alimentation en courant,ou bien dans un circuit de commande d'un dispositif -entraîné électriquement et servant à propulser l'air entrant. D'autres buts et avantages de la presente invention appraftront à la lecture de la description suivante et de la figure jointe, donnees à titre illustratir mais non limitatif. La figure unique annexée représente l'appareil selon l'invention en vue en perspective, certaines parties étant supprimées du dessin pour mieux mettre en évidence la structure de l'appareil. L'appareil représenté comprend un boîtier 10 qui est de préférence muni d'un couvercle amovible et/ou d'une pièce latérale permettant d'accéder aux éléments disposés à l'intérieur du boitier. Dans les parois extrêmes du boîtier, il est prévu une entrée et une sortie 11, 12 pour l'air d'échappement, c'est-à-dire l'air sortant du bâtiment, et une entrée et une sortie 13, 14 pour l'air entrant. Le boitier 10 est avantageusement isolé thermiquement de manière à pouvoir être placé dans un espace non-chauffé et il contient un échangeur de chaleur 15 comprenant des tôles alternativement planes et ondulées, les tôles ondulées étant disposées de façon que les sommets et les creux des ondulations soient orientés perpendiculairement aux sommets et aux creux d'une t9le ondulée adjacente.De cette manière, on obtient des passages 16, 17, se croisant mutuellement, respectivement pour l'air entrant et l'air sortant. Des eléments de paroi 18, 19 s'étendent horizontalement des parois extrêmes du boîtier jusqu'à l'échangeur de chaleur et, grâce à ces éléments, l'air entrant et l'air sortant propulsés par des ventilateurs 20, 21 sont obligés de s'écouler suivant des courants séparés au travers de l'échangeur de chaleur 15 de la manière indiquee par les flèches en pointillés. On a désigné par 22 et 23 des filtres à l'aide desquels on enleve de la poussière, etc., de l'air entrant et de l'air sortant dans une zone située en amont de ltechangeur de chaleur. Dans l'échangeur de chaleur 15, il se produit un échange de chaleur entre l'air sortant relativement chaud, qui est canalisé jusqu'à l'entrée 11 par l'intermédiaire de tuyaux et d'ouvertures (non représentes) installes dans un batiment, alors que l'air entrant parvient à entrée 13 par llinter- mediaire d'entrées d'air frais et de tuyaux(non représentés2 Après cet échange de chaleur entre l'air sortant et l'air entrant, l'air sortant s'échappe dans l'atmosphère par l'intermédiaire de l'orifice de sortie 12 et de tuyaux (non representés), tandis que l'air entrant chauffé par l'air sortant dans ltechan- geur de chaleur est canalise vers le bâtiment par l'intermédiaire de tuyaux et de moyens d'alimenation (non représentés).L'eau qui se condense a partir de l'air sortant quand sa température diminue dans l'échangeur de chaleur s'écoule vers le bas dans les passages 17 et elle est évacuée du boîtier 10 par l'internédiaire d'un orifice de sortie 24. Pour empêcher une formation substantielle de givre ou de glace dans les passasses 17 suivis par l'air sortant dans l'échangeur de chaleur lorsque la température extérieure diminue, il est prévu un dispositif de dégivrage 25 qui, dans le mode de realisation représenté, comprend un serpentin de chauffage qui est chauffe electriquement à l'aide de courant électrique fourni par une source (non représentée) par l'intermédiaire des conducteurs 26,27. Ce serpentin forme un préchauffeur servant a chauffer l'air entrant avant qu'il arrive à l'échangeur de chaleur Les ventilateurs 20, 21 sont également actionnés électriquement, les conducteurs de fourniture de courant au ventilateur 20 étant désignés respectivement par 28 et 29. I1 est prévu dans le conduit d'admission d'air du ventilateur d'air entrant des détecteurs de température 30, 31, faisant partie de deux contacteurs thermiques ou de thermostats a minima qui sont reliés aux circuits d'alimentation en courant du ventilateur d'air entrant 20 et du préchauffeur d'air sortant 25, respectivement par l'intermediaire des conducteurs 32 et 33, afin que, lorsque la temperature de l'air entrant qui s'échappe de l'échangeur de chaleur 15 tombe en dessous d'une certaine valeur, le circuit d'alimentation en courant du préchauffeur 25 soit fermé et que le circuit d'alimentation en courant du ventilateur 20soit ouvert, ou bien que le ventilateur d'air entrant soit réglé à une vitesse inférieure.De préférence, on choisit le contacteur 31 de manière qu'il enclenche le préchauffeur d'air entrant 25 quand la température d'air entrant est inférieure à environ 100C, tandis qu'on choisit le contacteur 30 de maniere qu'il arrête le ventilateur d'air entrant, ou bien qu'il diminue sa vitesse quand la temperature d'air entrant est inférieure à enViron 8"C. Pour éviter un flottement des contacteurs, ceuxci peuvent avoir une inertie intrinsèque de façon à couper le courant du préchauffeur et -à enclencher le courant du ventilateur seulement après écoulement d'une certaine période, ou bien après établissement d'une certainé température qui dépasse de quelques degrés la température à laquelle ils assurent respectivement l'enclenchement du préchauffeur et l'arrêt du ventilateur d'air entrant. De cette manière, on est assure que, dans la majorité des cas, le dégivrage de l'échangeur de chaleur soit assuré seulement pendant un cycle d'activation du contacteur de prechauffeur, ou bien à la fois du contacteur de préchauffeur et du contacteur de ventilateur diapir entrant La disposition décrite ci-dessus est peu coûteuse et elle est en outre particulièrement fiable puisqu'elle fonctionne efficacement indépendamment de variations du débit d'air sortant et de variations de la teneur en humidité de cet air sortant, ce qui permet d'être assuré que l'air sortant soit préchauffe essentiellement seulement quand la formation de givre dans les passages d'écoulement de l'air so-rtant dans l'échangeur de chaleur rendent ce dégivrage sécessaire. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés; elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisa géies et sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. Ainsi, les contacteurs mentionnés ci-dessus peuvent être incorporés à des circuits electriques de commande servant à enclencher et arrêter le d-ispositif de dégivrage et a enclencher ou arrêter le ventilateur d'air entrant, ou bien à modifier sa vitesse.En outre, le contacteur associé au dispositif de dégivrage peut être agencé de façon à coopérer avec une minuterie ou un thermostat à maxima de préférence réglable et qui provoque ou permet l'arrêt du dispositif de dégivrage seulement après qu'une certaine période de temps s'est écoulée à partir de l'instant oû le dispositif de dégivrage a été en enclenche, ou bien après que l'air entrant soumis à une opération d'échange de chaleur a été porte à une température dépassant ladite première valeur prédéterminée; le contacteur associé au ventilateur d'air entrant peut être agence de manière à coopérer avec une minuterie ou un thermostat à maxima de préférence réglable, qui provoque ou permet un enclenchement du ventilateur d'air entrant, ou bien une augmentation de sa vitesse, seulement après écoule ment d'-une certaine période de temps à partir de l'instant où le ventilateur d'air entrant a eté enclenché, ou bien a réduit de vitesse, ou bien après que l'air entrant soumis à l'opération d'échange de chaleur a été porte à une température supérieure à ladite seconde valeur prédéterminée. Enfin, conformément à une variante de la présente invention, on peut diviser l'échangeur de chaleur en compartiments separés, qui sont chacun munis d'un dispositif de dégivrage pouvant être active séparément par un moyen d'activation respectif qui fonctionne en relation avec la température de l'air entrant s'echappant du compartiment en question. REVENDICATIOlS 1.- Appareil de récupération de chaleur utilisable dans un systeme de ventilation a propulsion forcée de l'air entrant et de l'air sortant, comprenant un dispositif pour assurer un échange indirect de chaleur entre l'air sortant et l'air entrant et un dispositif pour dégivrer automatiquement l'échangeur de chaleur, appareil caractérisé en ce qu'il comprend des moyens agissant en fonction de la température de l'air entrant s'échappant de l'é- changeur de chaleur pour activer le dispositif de dégivrage quand la temperature tombe en dessous d'une première valeur prédéterminée. 2.- Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'activation comprennent un contacteur thermique dont le détecteur de température est balayé par l'air entrant s'échappant de l'échangeur de chaleur et qui est branché dans le circuit d'alimentation en courant d'un préchauffeur d'air entrant chauffé électriquement et placé en amont de l'échangeur de chaleur. 3.- Appareil selon la revendication I, caractérise en ce que lesdits moyens d'activation comprennent un contacteur thermique dont le détecteur de temperature est balayé par l'air entrant s'échappant de l'échangeur de chaleur et est branché dans un circuit électrique de commande d'un préchauffeur d'air entrant actionné électriquement et disposé en amont de l'échangeur de chaleur. 4.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens pour interrompre ou réduire la propulsion forcée de l'air entrant quand la température de ce dernier à la sortie de l'échangeur de chaleur est inférieure a une seconde valeur prédéterminée qui est plus basse que ladite première valeur. 5.- Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens servant à interrompre ou a réduire la propulsion forcée de l'air entrant comprennent un contacteur thermique dont le détecteur de température est balayé par l'air entrant s'échappant de l'échangeur de chaleur et qui est branché dans le circuit d'alimentation en courant, ou bien dans un circuit électrique de commande d'un dispositif actionné électriquement et agencé pour produire une propulsion forcee de l'air entrant.