Brevet FR2498304A1 — publié le 19820723

Au cours de ces dernières années, on a mis au point des dispositifs de climatisation automatiques pour ouvrir et fermer automatiquement des diffuseurs ou bouches de soufflage en réponse aux conditions de l'atmosphère d'une salle. Par exemple, un produit commercialisé sous la marque THERMA-FUSER par la Société Acutherm, Inc.,NoveW Californie, E.U.A., s'adapte sur une gaine de climatisa- tion de type courant à la place d'un diffuseur classique et modifie automatiquement l'ouverture de soufflage du diffuseur en réponse aux températures de l'air dans la salle. Les commandes automatiques de diffuseur du type général décrit ci-dessus présentent des avantages impor- tants du fait qu'elles assurent la souplesse de fonction- nement de l'installation et réduisent la consommation d'énergie, mais elles peuvent créer un problème si l'ins- tallation dans laquelle elles sont utilisées n'est pas munie de moyens supplémentaires pour effectuer les régla- ges de l'installation principale en réponse au réglage automatique d'un grand nombre de dispositifs THERMA-FUSER. Par exemple, si un grand nombre de dispositifs THERMA- FUSER fonctionnent pour fermer leur ouverture de soufflage simultanément, la réduction résultante de la vitesse de l'air qui s'écoule dans les gaines d'alimentation peut provoquer un accroissement important de la pression sta- tique régnant dans les gaines, un accroissement de la vites- se et un sifflement de l'air qui s'écoule à travers les diffuseurs. Bien que de nombreux appareils de commande de climatisation aient été réalisés dans le passé, il n'y en a aucun qui apporte une solution efficace et économique à ce problème. Conformément à la présente invention, il a été mis au point un appareil et un procédé de commande d'ins- tallation de climatisation qui fonctionnent directement et efficacement pour commander les conditions d'alimenta- tion des gaines dans les situations décrites. En outre, l'appareil de commande de climatisation est construit d'une nouvelle manière originale qui lui permet d'être fabriqué et utilisé en combinaisons multiples d'une unité modulaire de base. Enfin, la nouvelle commande de clima- tisation est utilisable dans une grande diversité de situations de commande d'installations de climatisation, par exemple, pour effectuer un équilibrage massique des pressions et des volumes d'air dans les parties principa- les de l'installation pour éviter les problèmes qui se posent dans l'installation dans le cas o le vent ouvre ou ferme les portes. L'appareil de commande de climatisation de la présente invention comporte deux paires de chambres de pression indépendantes séparées par deux membranes ou diaphragmes, les diaphragmes étant mécaniquement accou- plés entre eux pour engendrer des forces de commande qui sont des combinaisons algébriques de multiples conditions de pression. Comme indiqué ci-dessus, l'appareil de commande est construit de préférence en unités modulaires dont chacune contient un diaphragme et une paire de chambres de pression munies de moyens mécaniques accou- plés au diaphragme, pour accoupler celui-ci aux diaphrag- mes de modules semblables. De préférence, les moyens d'accouplement mécaniques comprennent un aimant permanent fixé au diaphragme et susceptible d'être attiré par un aimant permanent monté sur le diaphragme d'un module sem- blable. L'appareil de la présente invention est, de pré- férence, utilisé avec des détecteurs de débit d'air capables de distinguer entre la pression statique de l'installation à un emplacement donné et les conditions de pression attribuables à la vitesse de l'air. De préférence, les détecteurs de climatisation sont du type qui mesure la pression statique et la pression totale, la pression totale étant la somme de la pression statique et de la pression due à la vitesse de l'air, ou pression dynamique. Dans le sens utilisé ici, l'expression "pression dynamique" indique la pression qui s'accroft avec l'accroissement de la vitesse de l'air et peut Gtre mesurée directement par un détecteur faisant face au courant d'air en déplacement. La "pression dynamique", dans ce sens, peut être également mesurée inversement par des détecteurs fonctionnant sur le principe de Bernoulli suivant lequel l'accroissement de la vitesse du fluide peut engendrer une aspiration accrue dans un passage étranglé. Dans le cas o la commande de climatisation de la présente invention est utilisée avec un détecteur qui détecte la pression statique et la pression totale, le détecteur peut être raccordé à la commande pour engendrer une force de commande qui est un paramètre de la pression d'air statique moins la pression d'air dynamique à un emplacement de l'installation. Dans le cas o l'appareil de commande raccordé de cette manière est utilisé pour actionner un registre situé en amont de l'emplacement de détection, l'appareil de commande résout le problème ci- dessus mentionné qui peut être rencontré avec les disposi- tiM THERMA-FUSER. L'appareil de commande de la présente invention muni de deux diaphragmes et de deux paires indépendantes de chambres de pression peut être également utilisé efficacement pour assurer des équilibres des pressions et des volumes dans différentes parties d'une installa- tion. Par exemple, une différence de pression peut être appliquée aux faces opposées d'un diaphragme, qui est une fonction de la pression statique à un emplacement de l'installation, et une différence de pression peut être appliquée aux faces opposées de l'autre diaphragme, qui est une fonction de la pression statique dans une autre partie de l'installation. L'accouplement mécanique entre les deux diaphragmes produit un signal de sortie commun, par l'intermédiaire d'un commutateur de commande électri- que par exemple, qui peut être utilisé pour maintenir une égalisation des pressions aux deux emplacements dif- férents. De la même manière, les deux diaphragmes peuvent être raccordés à des détecteurs qui mesurent à la fois la pression statique et la pression totale dans différentes parties de l'installation. Les signaux de sortie peuvent être combinés dans le nouvel appareil de commande de l'in- vention pour appliquer un signal représentant la pression totale moins la pression statique, valeur qui est égale à la pression dynamique à un emplacement, à un diaphragme, et appliquer de la même manière, un signal représentant la pression dynamique à un second emplacement, à l'autre diaphragme. Les signaux de sortie combinés des détecteurs peuvent alors assurer un équilibrage de la pression dyna- mique dans deux gaines différentes et dans le cas o les gaines ont des surfaces de section égales, la commande assure le maintien de débits volumiques d'air égaux dans les deux gaines. Ceci assure des avantages importants dans de nombreuses situations, dans le cas o, par exemple, l'efficacité de l'installation nécessite que de l'air frais soit aspiré dans l'installation à partir de l'extérieur afin d'économiser l'énergie et o il est désirable d'éva- cuer à l'extérieur une égale quantité d'air de l'instal- lation pour maintenir les équilibres des masses et des pressions. Ces caractéristiques de l'invention ainsi que d'autres apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre considérée en combinaison avec les dessins anne- xés dans lesquels: La Figure 1 est une vue schématiquement d'une installation de climatisation utilisant des appareils de commande construits conformément à la présente invention, La Figure 2 est une vue à plus grande échelle d'un des appareils de commande de la Figure 1, et La Figure 3 est une vue en coupe de l'appareil de la Figure 2 prise suivant le plan désigné par les li- gnes 3-3. On se référera maintenant de manière détaillée aux dessins; l'installation représentée sur la Figure 1 comporte un ventilateur principal 10 de climatisation pour déplacer l'air provenant d'une gaine ou conduit de retour 12 jusqu'à une gaine ou conduit d'alimentation 14 au- delà de serpentins 16 d'échange de chaleur. L'air contenu dans la gaine d'alimentation se déplace en franchissant un registre 18 et un détecteur 20 jusqu'à une botte de dis- tribution 22 et de là, par des gaines 24 jusqu'à des diffuseurs ou bouches de soufflage 26 qui sont, de pré- férence, les dispositifs THERMA-FUSER décrits ci-dessus. Un appareil de commande 28 construit conformément à la présente invention est raccordé au détecteur 20 comme décrit en plus de détails ci-après et il commande un moteur 30 de registre pour ouvrir ou fermer le registre 18. Comme expliqué en détail ci-dessous, l'installa- tion comprend également une ouverture 32 d'entrée d'air frais commandée par un registre 34 qui est actionné par un moteur électrique 36. Une gaine d'évacuation 38 est munie de registres 40 qui sont normalement fermés et ouverts automatiquement pour permettre à l'air de s'échapper en réponse au fonctionnement d'un ventilateur d'échappement L2. La gaine d'évacuation est également munie d'un regis- tre 34A actionné par un moteur 36A de registre. Un appa- reil de commande de cycle économiseur classique 120 est connecté à une sonde 122 de détection de la température montée dans la gaine d'alimentation 14, à une sonde 124 de détection de la température montée dans l'ouverture 32 d'entrée d'air frais et est raccordé aux moteurs 36, 36A et 36B des registres d'air mélangé d'admission et de sortie pour assurer le fonctionnement de l'installation de la manière classique de telle sorte que les registres 34, 34A et 34B sont positionnés pour faire circuler l'air frais à travers l'installation lorsque la température extérieure détectée par le détecteur 124 est convenable par rapport à la température détectée par le détecteur 122 et à la température demandée par la commande d'économie 120 pour permettre une utilisation économique de l'air ambiant extérieur. Un appareil de commande 28A semblable à l'appa- reil de commande 28 de la présente invention est raccordé au détecteur 20 et un détecteur 44 monté dans la conduite de retour 12 pour maintenir un équilibre volumique de l'air contenu dans l'espace alimenté par les dispositifs THERMA-FUSER 26, comme décrit ci-après. Un appareil de commande 28B identique à l'appa- reil de commande 28 est raccordé à un détecteur 46 monté dans la gaine d'alimentation 14 en amont du registre 18 et actionne un registre 126 au moyen d'un moteur 128 de registre afin de régler le débit volumique de refoulement du ventilateur 10 comme expliqué ci-après. Un quatrième appareil de commande 28C construit comme l'appareil de commande 28 est raccordé à un détec- teur 130 monté dans l'ouverture d'entrée d'air frais et commande un registre 132 au moyen d'un moteur 134 de registre pour maintenir un débit volumique d'air exté- rieur minimal constant comme décrit ci-après et un commu- tateur bipolaire à deux directions 136 sensible à la pression pour fermer l'ouverture d'entrée d'air extérieur lorsque le ventilateur 10 est arrêté et qu'il n'y a pas d'écoulement d'air. Un cinquième appareil de commande 28D est rac- cordé à une paire de détecteurs 140 et 142 de pression statique montés sur les côtés opposés du registre 34 et à une seconde paire de détecteurs 144 et 146 de pression statique montés sur les côtés opposés du registre 34A. Le signal de sortie de l'interrupteur électrique de l'unité de commande 28D fait fonctionner un moteur 145 de registre pour déplacer un registre 148 et un interrupteur 150 de fin de course monté sur l'axe du registre 148 arrête le ventilateur 42 lorsque le registre est dans la position fermée. L'appareil de commande 28D fonctionne, comme ex- pliqué ci-après, pour maintenir l'équilibre des débits volumiques d'air entre la gaine d'entrée 32 et la gaine de sortie 38. Comme représenté sur la Figure 3 à laquelle on se référera en détail, l'appareil de commande de climati- sation de la présente invention est constitué de deux unités modulaires. L'unité supérieure est composée de plaques de corps 50 et 52 munies de pièces d'espacement 54 qui supportent un diaphragme central 56 qui divise l'intérieur du corps en une première paire de chambres de pression 58 et 60. Un bout d'arbre 62 est monté sur le diaphragme 56 et est muni de joints 64 d'étanchéité à l'air à l'emplacement o le bout d'arbre sort du corps. L'extrémité supérieure du bout d'arbre 62 vient en appui contre le levier 66 de commande d'un commutateur. Des vis de butée 68 sont prévues dans la paroi supérieure 56 pour limiter la course du diaphragme. L'unité modulaire inférieure de l'ensemble de commande de la Figure 3 est fabriquée comme l'unité modu- laire supérieure avec une seconde paire de chambres de pression 70 et 72 séparées par un diaphragme central 74 et qui correspondent respectivement aux chambres de pres- sion 58 et 60 et au diaphragme 56. Les deux unités modu- laires sont fixées l'une à l'autre p Or des boulons 76 et les bouts d'arbres 62 des deux modules sont accouplés entre eux par une paire d'aimants permanents 78 et 80 montés sur les arbres des deux modules. L'accouplement des diaphragmes entre eux par des aimants permanents, de cette manière, offre des avantages très importants pour la fabrication de l'appareil de oemmande du fait qu'il permet aux appareils de commande d'être construits par empilage de 1, 2, 3 unités ou plus et qu'il supprime les graves problèmes d'assemblage et d'alignement qui pour- raient être rencontrés si l'arbre était continu à travers l'ensemble des unités. Un bout d'arbre 82 est prévu sur le dessous du module inférieur et est en appui contre un ressort 84 dont là tension est commandée par un coulisseau 36 que l'on peut déplacer en rapprochement et en éloigne- ment de l'arbre 82 et bloquer au moyen d'une XÉ de blocage 88. Les divers bouts d'arbre 62 et 82 et les aimants 78 et peuvent être mécaniquement assemblés entre eux par des moyens classiques tels que de la colle ou de préférence par des vis qui traversent le joint d'étanchéité à l'air 64 serrant ainsi les pièces situées de part et d'autre de chaque joint d'étanchéité à l'air l'une contre l'autre. Les détecteurs pneumatiques préférés utilisés avec l'appareil de la présente invention ont été repré- sentés sur la Figure 2 et ils comprennent un premier tube ayant une ouverture 92 orientée face au courant d'air pour mesurer la pression de fluide totale régnant dans la gaine. Un second tube 94 porte m étrier ou tube en U muni d'une série d'ouvertures 96 orientées latéralement pour détecter la pression statique régnant dans l'installation. On peut modifier la géométrie du détecteur particulier utilisé et le nombre de trous 92 et 96 que le détecteur comporte en fonction des dimensions des gaines ou con- duits. Le détecteur 94 de pression statique est raccor- dé par des tuyaux 98 aux chambres 58 et 70 de la Figure 3 et le détecteur 90 de pression totale est raccordé par un tuyau 100 à la chambre 72 du module inférieur. La chambre est raccordée à l'atmosphère par l'intermédiaire de l'orifice 102 de sorte que le diaphragme supérieur engen- dre une force qui est proportionnelle à la pression sta- tique. Le diaphragme inférieurengendre une frce qui est proportionnelle à la pzession dynamique, c'est-à-dire la pression totale fournie par le tuyau 100 moins la pression statique fournie par le tuyau 90. Dans une condition équi- librée, le bras 66 de commande de commutateur maintient la lame de commutateur centrale 104 dans une position centra- le entre les contacts de commutateur 106 et 108. Cependant, lorsque le bras de commande 66 ferme les contacts de com- mutateur 106 ou 108, le moteur 30 de registre est actionné pour fermer ou respectivement ouvrir le registre 18, par l'intermédiaire des fils 110 et 112. Ainsi, dans le cas o les diffuseurs 26 de la Figure 1, sont fermés, la vitesse de l'air s'écoulant dans la gaine 14 est réduite et la pression de l'air s'accroit. La pression statique accrue appliquée au diaphragme 56 repousse le diaphragme vers le bas tandis cue la pression dynamique diminuée agissant sur le diaphragme 74 augmente le déséquilibre vers le bas. Le déséquilibre provoque la fermeture des contacts de commutateur 106 fermant un circuit jusqu'au fil 110 pour fermer le registre 18 situé en amont du détecteur 20 de sorte que le débit volumique d'air fran- chissant le détecteur 20 est diminué avec une réduction de la pression statique jusqu'à ce qu'un nouvel équilibre de la pression statique moins la pression dynamique soit atteint. Inversement, lorsque les dispositifs Th3RMA-FUSER 26 sont ouverts, la pression dynamique s'accroit tandis que la pression statique est réduite, pour provoquer une force nette dirigée vers le haut sur les diaphragmes accouplés afin d'ouvrir le registre 18 et rétablir à nouveau un nouvel équilibre de la pression statique moins la pression dynamique. De cette manière, l'appareil de commande 28 fonctionne pour maintenir un fonctionnement régulier de l'installation au cours de conditions varia- bles de fonctionnement de dispositifs THERMA-FUSER et supprimer les sifflements d'air et analogues. L'appareil de commande 28A de la Figure 1 a une construction identique à l'appareil de commande 28 et les chambres de pression situées sur les côtés opposés du diaphragme supérieur sont raccordées de la manière repré- sentée pour appliquer au diaphragme supérieur une force dirigée vers le bas qui est proportionnelle à la pression dynamique régnant dans la gaine d'alimentation 14. Les chambres de pression du module inférieur de l'appareil de commande 28A appliquent au diaphragme inférieur une force qui est proportionnelle à la pression dynamique régnant dans la gaine de retour 12 de sorte que le signal de sor- tie électrique de l'appareil de commande 28A peut 4tre utilisé pour faire fonctionner le moteur 152 de registre pour régler le registre 154 et maintenir l'équilibre de l'air dans la salle o les dispositifs THERMAFUSER 26 soufflent. L'appareil de commande 28B est raccordé au détecteur 46 de sorte que les chambres de pression du mo- dule inférieur de l'unité de commande 28B appliquent au diaphragme inférieur une force qui est proportionnelle à la pression dynamique régnant dans la gaine 14 et le diaphragme du module supérieur reçoit une force antago- niste proportionnelle à la pression statique. De cette manière, l'appareil de commande 28B règle la position du registre 126 pour maintenir la pression dynamique moins la pression statique constante en amont du registre 18. Comme il est bien connu dans la technique, la régulation effec- tuée au moyen du registre 126 immédiatement en aval du ventilateur d'alimentation principal 10 pourrait être remplacée par une commande de vitesse variable du moteur de ventilateur 10 sans registre 126 mais, dans de nombreux cas, il est Jportant économiquement d'utiliser un ventila- teur à vitesse constante avec un registre de régulation. Comme représenté sur la Figure 1, la gaine 14 peut s'éten- dre à partir du détecteur 46 jusqu'à un certain nombre de gaines d'embranchement contenant chacune un registre 18 et un détecteur 20. Le détecteur 46 et son unité de commande 28B fonctionnent pour commander l'alimentation principale en air dans le cas o des variations globales des besoins d'alimentation en air peuvent être provoquées par un cer- tain nombre de registres 18. Les modules supérieur et inférieur de l'appareil de commande 28C sont tous deux connectés au détecteur 130 de la même manière de sorte que les deux diaphragmes four- nissent une force proportionnelle au double de la pression dynamique au niveau du détecteur 130 pour régler le regis- tre 132. Ceci permet l'injection dans l'installation d'un volume constant d'air frais pour maintenir une pression constante dans l'installation. Le manocontact 136 fonction- ne pour inverser la polarité du moteur 134 du registre dans le cas o le ventilateur principal 10 est arrêté, empochant ainsi l'air frais d'entrer dans l'installation et de provo- nuer le givrage des tuyaux lorsque l'installation est ar- rêtée. L'appareil de commande 28D est accordé à ses détecteurs de pression 140, 142, 144, 146, comme représenté pour assurer une différence de pression constante de part et d'autre des registres 34 et 34A de sorte que l'équilibre d'air de l'installation est maintenu pendant les périodes de fonctionnement en mode économique dans le cas o de l'1ar frais est aspiré à partir de l'extérieur. Le signal de-sor- tie de l'appareil de commande 28D fait fonctionner l'ensem- ble combiné du ventilateur 42 et de son registre de comman- de 148 mais, comme expliqué ci-dessus, on pourrait utiliser une commande de moteur à vitesse variable classique. Il apparaîtra clairement aux spécialistes de la technique que le module de commande de la présente inven- tion peut être utilisé de nombreuses manières différentes pour assurer une commande efficace d'une installation de climatisation. On a représenté cinq de ces manières sur la Figure 1 et il est évident qu'une grande diversité de fonc- tions de commande encore plus élaborées peuvent être obte- nues lorsque trois de ces modules sont accouplés ensemble et dans le cas o les commandes actionnent des circuits de commande pneumatiques au lieu de circuits de commande élec- triques. Bien qu'on ait représenté èt décrit en détail certains modes de réalisation spécifiques de l'invention, il est évident qu'on peut y apporter un grand nombre de modifications sans sortir du cadre ni s'écarter de l'esprit des revendications annexées. REVENDICATIONS 1.- Une commande de pression pour installations de climatisation, caractérisée en ce qu'elle comprend: a) une première paire de chambresde pression (58, 60); b) un premier diaphragme (56) formant une paroi commune entre les chambres de la première paire pour engendrer une force proportionnelle à la différence de pres- sion entre les chambres; c) une seconde paire de chambres de pression (70, 72) qui est indépendante de la première paire; d) un second diaphragme (74) formant une paroi commune entre les chambres de la seconde paire pour engendrer une force proportionnelle à la différence de pres- sion entre les chambres; e) des moyens mécaniques (62, 82, 78, 80) accouplant les diaphragmes entre eux pour combiner les forces. 2.- Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les moyens mécaniques comprennent un premier aimant (78) fixé au premier diaphragme (56) et un second aimant (80) fixé au second diaphragme (74), les aimants étant attirés l'un vers l'autre. 3.- Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il comporte des moyens élastiques (84) couplés aux moyens mécaniques pour agir en opposition à la force combinée des diaphragmes (56, 74), et des moyens de commutation électriques (104, 106, 108) couplés aux moyens mécaniques pour commander un circuit électrique en réponse à la position des moyens mécaniques. 4.- Appareil selon la revendication 3, caracté- risé en ce qu'il comporte, en outre: a) un conduit (22) transportant un courant d'air; b) des moyens (94) couplés à la première Daire de chambres de pression (58, 60) pour appliquer au premier diaphragme une différence de pression qui est un paramètre de la pression statique régnant dans le conduit; c) des moyens (90, 94) couplés à la seconde paire de chambres de pression (70, 72) pour appliquer au second diaphragme (74) une différence de pression qui est un paramètre de la vitesse de l'air dans le conduit, les deux différences de pression étant couplées en opposition l'une à l'autre par les moyens mécaniques; et d) des moyens de commande (30, 18) raccor- dés aux moyens de commutation électriques pour modifier l'écoulement de fluide dans le conduit en réponse à l'ac- tionnement de ces moyens de commutation. 5.- Appareil selon la revendication 3, caracté- risé en ce qu'il comporte, en outre: a) un conduit (12) transportant un courant d'air entre deux emplacements; b) des moyens (20) couplés à la première paire de chambres de pression (58, 60) pour appliquer au premier diaphragme (=6) une différence de pression qui est un paramètre de la vitesse de l'air dans le premier empla- cement; c) des moyens (44) couplés à la seconde paire de chambres de pression (70, 72) pour appliquer au second diaphragme une différence de pression qui est un paramètre de la vitesse de l'air dans le second emplace- ment; et d) des moyens de commande (152) raccordés aux moyens de commutation électriques pour modifier l'écou- lement du fluide dans le conduit en réponse à l'actionnemert des moyens de commutation. 6.- Procédé de commande d'un écoulement d'air dans une installation de climatisation, caractérisé en ce qu'il consiste: a) à effectuer continuellement une première mesure de la pression d'air statique à un emplacement de l'installation; b) à effectuer continuellement une seconde mesure de la pression d'air dynamique dans l'installation; c) à combiner continuellement les première et seconde pour effectuer une mesure conjointe qui est un paramètre de la pression d'air dynamique et à régler le volume d'air dans l'installation en réponse à la mesure conjointe. 7.- Procédé selon la revendication 6, caracté- risé en ce qu'on effectue l'étape de réglage du volume d'air en réglant le volume d'air qui se déplace vers l'emplacement. 8.- Procédé selon la revendication 6, caracté- risé en ce qu'on effectue l'étape de réglage du volume d'air en réglant un registre situé en amont de l'emplace- ment. 9.- Procédé selon la revendication 8, caracté- risé en ce que les première et seconde mesure sont effec- tuées au même emplacement. 10.- Unité de commande de climatisation modu- laire conçue pour être combinée avec des modules semblables pour engendrer des forces de commande qui sont les combi- naisons algébriques de multiples conditions de pression, caractérisée en ce qu'elle comporte: a) un corps (50, 52, 54) ayant une cavité intérieure et une surface de montage; b) un diaphragme (56) monté dans la cavité qu'il divise en deux chambres de pressions (58, 60), le diaphragme pouvant se déplacer en direction de la face de montage; c) des moyens mécaniques (62, 18) qui sont raccordés au diaphragme et sont accessibles à partir de la face de montage et qui comportent des moyens (78) pour accoupler mécaniquement le diaphragme aux diaphragmes de modules semblables. 11.- Unité modulaire selon la revendication 10, caractérisée en ce que les moyens d'accouplement sont cons- titués par un aimant permanent.