Brevet FR2534679A1 — publié le 19840420

La présente invention concerne un dispositif de commande pour des écoulements d'un milieu dans un échangeur de chaleur à régénération, qui est placé entre des gaines divisées en conduits dd'écoulement du milieu au moyen d'au moins une paroi de séparation. Il existe deux types principaux d'échangeur de chaleur, à récupération et à régénération Dans le premier type, la chaleur est transférée de l'écoulement d'un milieu à l'autre à travers les parois de l'échan- geur de chaleur Dans le dernier type, par contre, une matière accumulant la chaleur disposée dans la cellule de l'échangeur de chaleur est chauffée l'énergie ther- mique, de l'écoulement chaud, et ensuite cette chaleur est transférée à un écoulement -froid en contact avec la matière chauffée Il résulte de ce principe de fonc- tionnement de régénérateur que soit les parties d'échanges thermiques doivent être mobiles, par exemple dans les con- ceptions rotatives, soit l'écoulement du milieu doit périodiquement être envoyé suivant des chemins diffé- rents. Un échangeur de chaleur à régénération rota- tif est connu, par exemple, par le brevet allemand n 881 046, dans lequel une cellule en forme de roue placée dans un boitier est munie d'ouvertures traver- santes qui contiennent des fils métalliques radiaux accumulant la chaleur Le boitier et la roue sont mu- nis d'ailettes de commande qui guident les écoule- ments d'air chaud et froid sur les fils chargés suivant la position de la roue Un inconvénient d'un tel dispositif est une faible capacité d'accumulation de la chaleur et une construction compliquée En ou- tre, la fermeture étanche des passages des écoulements d'air entraîne des problèmes. Des écoulements d'air peuvent être dirigés suivant différents chemins au moyen de vannes échan- geuses d'écoulement, mais un tel appareil exige l'em- ploi de dispositifs d'actionnement présentant de très hautes capacités et entraîne donc des coûts d'inves- tissements élevés par rapport au coût total de l'équi- pement Dans de tels dispositifs, dans lesquels les écoulements d'air sont guidés alternativement le long de chemins différents, la cellule de l'échangeur de chaleur Test, par exemple, un système à deux conduits, divisé en deux parties, l'air chaud et l'air froid passant alternativement par des parties dif- férentes. Le but de la présente invention est de four- nir un dispositif de commande pour des écoulements de milieu qui soit d'une construction très simple et bon marché et dans lequel une fermeture étanche efficace puisse être réalisée aisément Le dispositif de com- mande selon l'invention est caractérisé en ce que le dispositif de commande de l'écoulement de milieu consiste en une cellule qui est divisée en comparti- ments au moyen de parois de séparation parallèles aux écoulements du milieu et à peu prèstransversales à la paroi de séparation entre les gaines et dont les extrémités sont munies d'éléments plats à peu près transversaux aux écoulements du milieu, au moins l'un de ces éléments plats étant mobile à peu près dans la direction transversale aux parois de sépara- tion de la cellule et ces éléments plats étant pourvus de lumière et de parties de fermeture disposées alter- nativement, la surface de ces lumières et de ces par- ties de fermeture correspondant à la surface de l'ou- verture entre un conduit d'écoulementdu milieu et au moins un des compartiments de la cellule Ainsi, le dispositif de commande selon l'invention consiste en une cellule divisée en compartiments et en éléments plats reliés aux extrémités de la cellule, ces elé- ments guidant le milieu s'écoulant hors de la gaine d'entrée dans le compartiment désiré et de là à nou- veau dans le conduit d'écoulement désirée Afin qu'il soit possible de faire s'écouler le milieu à travers différents conduits, au moins l'un des éléments plats est mobile Il est à remarquer que cet effet de commande est réalisé au moyen d'un dispositif simple qui exige peu d'espace et seulement un dispositif d'actionnement de faible puissance. Selon -une forme de réalisation préférée de l'invention, la cellule du dispositif de commande consiste en un échangeur de chaleur, qui est divisé en compartiments au moyen de parois de séparation, dans lequel les éléments plats sont disposés aux extrémités de l'échangeur de chaleur Dans cette forme de réali- sation, le dispositif de commande exige particuliè- rement peu d'espace dans la direction longitudinale de l'échangeur de chaleur, du fait que la longueur de l'échangeur de chaleurn'est accrue que de l'épaisseur des éléments plats Le ou les-éléments plats peuvent être déplacés aisément dans la direction transversale des parois de séparation Ils peuvent facilement être joints de façon étanche par rapport aux parois de sépara- tion Au moyen des lumières et des parties de ferme- tures des éléments plats, les écoulements du milieu peuvent être guidés à partir du conduit d'écoulement du milieu toujours dans le compartiment désiré - Selon une forme de réalisation extrêmement avantageuse de l'invention, des éléments plats mobiles semblables sont placés au deux extré- mités de la cellule De-ce fait, les écoulements du milieu peuvent être guidés directement à travers l'échangeur de chaleur, de sorte que le même milieu, par exemple froid ou chaud, s'écoule toujours dans les conduits de sortie. Puisque à chaque instant, le milieu est admis dans les compartiments de la cellule par l'ouverture commune de chaque compartiment et du conduit d'écoulement du milieu seulement, il doit être possible pour 1 écoulement de se répartir dans la direction latérale sur la largeur entière du com- partiment de façon à ce que l'échange de chaleur puisse être aussi efficace que possible Le transfert du milieu dans la direction latérale est favorisé en ceci qu'il y a un espace libre entre l'élément plat et la matière accumulant la chaleur disposée dans la cellule. Le dispositif de commande selon l'invention peut aussi être utilisé en liaison avec certains échangeurs de chaleur qui sont, à la façon de gaines,- divisées en conduits d'écoulement de milieu par au moins une paroi de séparation Dans un tel cas, il est préférable que le dispositif de commande soit placé entre la gaine et l'échangeur de chaleur et que l'un des éléments plats dans le dispositif de commande soit fixe et l'autre puisse être placé. Dans leur forme de réalisation la plus simple, les éléments plats sont formés par une glis- sière qui est mobile linéairement à peu près dans la direction transversale des parois de sépara- tion L'étanchéité entre la glissière et les parois de séparations peut être réalisée efficacement en prévo- yant sur les bords des ouvertures de la glissière qui sont placés transversalement à la direction du mou- vement un rebord pénétrant dans la cellule, joignant de façon étanche la glissière par rapport aux parois de séparation. L'invention peut être également-réalisée de façon à ce que la glissière consiste en éléments cou- lissants placés sur chaque conduit d' écoulement du milieu et pouvant se mouvoir par rapport aux autres éléments coulissants Cette construction présente l'avantage que les éléments coulissants peuvent être faits plus courts que si une glissière commune pour tous les conduits d'écoulement du milieu sont utilisés Du fait de leurs plus faibles longueurs, les éléments coulissants s'adaptent dans les faces extérieures de l'échangeur de chaleur dans toutes leurs positions. En variante à la glissière, l'élément plat peut être remplacé par des clapets montés pivotants sur un bord d'extrémité par exemple d'une paroi de séparation sur deux Cette forme de-réalisation pré- sente l'avantage qu'elle n'entraine pas de problèmes d'étanchéité, du fait que les clapets sont pressés étroitement contre les bords extrêmes des parois de séparation sous la poussée de l'écoulement du milieu. Le dispositif de commande selon l'invention va être décrit avec plus de détails ci-dessous en référence aux dessins annexés dans lesquels la Figure 1 est une vue en éclaté -d'une première forme de réalisation d un dispositif de com- mande selon l'invention, la Figure 2 représente une partie d'une- glissière, la Figure 3 représente une seconde forme de réalisation d'un élément plat, les Figures 4 à 6 sont des-illustrations schématiques du fonctionnement du dispositif de com- mande de la Figure 1, la Figure 7 est une vue en éclaté d'une seconde forme de réalisation d'un dispositif de com- mande selon l'invention, et les Figures 8 et 9 sont des illustrations schématiques de deux positions différentes du dis- positif de commande représenté sur la Figure 7. La Figure 1 représente une gaine 1, qui est divisée en deux parties au moyen d'une paroi de séparation verticale, l'une desdites parties étant, par exemple le conduit 2 d'air froid entrant dans un bâtiment et l'autre étant le conduit 3 d'air chaud sortant du bâtiment L'écoulement du milieu dans le conduit 2 est indiqué par une flèche en traits poin- tillés, -et l'écoulement du milieu dans le conduit 3 est indiqué par une flèche en traits pleins Sur l'extrémité de droite de la Figure, une gaine 4 est représentée, comprenant de la même façon un conduit 5 pour l'air frais et un conduit 6 pour l'air chaud. Entre les gaines 1 et 4, un échangeur de chaleur 7 est placé, et il présente la même section carrée ou rectangulaire que les gaines 1 et 4 L'é- changeur de chaleur est divisé en plusieurs compar- timents 8 au moyen de parois 9 de séparation hori- zontales, de sorte que l'échangeur de chaleur constitue la cellule du dispositif de commande Ainsi, les parois 9 de séparation sont placées transversalement par rapport aux parois de séparation des gaines 1 et 4, et une moitié des compartiments 8 est interposée entre les conduits d'écoulement 2 et 5 et l'autre moitié entre les conduits d'écoulement 3 et 6 Dans les compartiments, il y a des feuilles de métal 10, parallèles aux parois de séparation 9 et remplissant le rôle de matière accumulant la chaleur, ces feuilles de métal étant de préférence ondulées en vue d'aug- menter leur surface. Entre l'échangeur de chaleur 7 et les gaines 1 et 4, des glissières 11 et 12 sont montées de façon à pouvoir être déplacées dans la direction verticale entre deux positions Les glissières sont munies de lumières 13 et de parties de fermeture 14 La hauteur verticale des lumières ainsi que celle des parties de fermeture correspond à la dimension correspondante d'un compartiment 8, tandis que la largeur horizontale des lumières et des parties de fermeture correspond à la largeur d'un conduit d'écoulement 2, 3, 5 ou 6 Les lumières et les parties de fermeture sont agencées dans la glissière de façon à ce que le long d'une lumière, au- dessus ou au-dessous, il y ait toujours une partie de fermeture, de sorte que à chaque ins- tant, seulement de l'air froid ou de l'air chaud ait accès à chaque compartiment de la cellule Le dis- positif d'actionnement de la glissière est-par exemple un électro-aimant 15. La Figure 2 représente une partie de la face d'une glissière qui est placée contre l'échangeur de chaleur 7 Sur cette Figure, on voit que les bords horizontaux supérieur et inférieur des lumières 13 et des parties de fermeture 14 sont munis de rebords saillants 16, qui agissent comme joints d'étanchéité entre la glissière et les parois de séparation de l'échangeur de chaleur. Les Figures 4 à 6 représentent le mode de fonctionnement d'un échangeur de chaleur selon l'invention, les Figures -4 et 5 représentant l'échangeur de chaleur en coupe verticale et la Fnigure 6 le représentant en coupe horizontale Sur les Figures 4 et 5, pour plus de clarté, seulement quatre compartiments 8 de l'échangeur de chaleur ou cellules sont représentés Ces Figures montrent également les espaces libres 17 existant entre les glissières 11 et 12 et les feuilles 10 accumulatrices de chaleur Les flèches représentées en traits pointillés illustrent - l'écoulement de l'air frais au-dessous du plan de la figure dans les conduits 2 et 5, et les flèches en traits pleins illustrent l'écoulement d'air chaud placé sur le plan de la figure dans les conduits 3 et 6. Sur la Figure 4, les glissières 11 et 12 sont dans leurs positions surélevées, avec les parties de fermeture 14 fermant la communication entre le compartiment supérieur 8 et les conduits 8 et 6, la communication entre le second compartiment à partir du sommet et les conduits 2 et 5, la communication entre le troisième compartiment à partir du sommet et les conduits 3 et 6, et la communication entre le qua- trième compartiment à partir du sommet et les conduits 2 et 5 D'autre part, les lumières 13 permettent l'écoulement de l'air frais arrivant hors du conduit 5 à travers le compartiment supérieur et le troisième compartiment à partir du sommet dans le conduit 2, l'écoulement de l'air chaud à travers le second et le quatrième compartiments en partant du sommet venant du conduit 3 et allant dans le conduit 6 Sur la Figure 6, on a représenté en vue de dessus,-la façon dont l'air froid s'écoule par l'ouverture 13 dans le compartiment supérieur 8, dans lequel en partie à cause de l'espace libre 17 ilse répartit dans toute la largeur du compartiment et s'écoule ainsi en outre à travers la lumière 13 de la glissière 11 dans le conduit 2 Lorsque l'air froid s'écoule à travers le compartiment, les feuilles 10 accumulatrices de chaleur placées dedans sont refroidies, tandis que les feuilles sont chauffées dans les compartiments à travers lesquels circulent de l'air chaud. Lorsque l'air froid n'est plus suffisamment chauffé dans l'échangeur de chaleur, les glissières sont déplacées dans leurs positions inférieures représentées sur la Figure 5, de sorte que l'air chaud sortant du canal 3 commence à circuler dans le com- partiment supérieur et dans le troisième compartiment en partant du sommet, et commence à réchauffer les feuilles 10 accumulant la chaleur qui s'y trouve, et l air froid commence à circuler dans le second et le quatrième compartiments en partant du sommet, absorbant la chaleur des feuilles accumulatrices de chaleur qui viennent juste d'être réchauffées Sur les Figures 4 et 5, on voit comment les rebords 16 sont appuyés fermement contre les parois de séparation 9 de la cellule. Comme le montre ce qui précède, l'emploi de deux glissières rend possible de faire toujours circuler l'air chaud les conduits 3 et 6, et l'air froid dans les conduits 5 et 2, ce qui simplifie la construction de l'équipement de ventilation. La Figure 3 représente une forme de réali- sation de l'invention dans laquelle la glissière a été remplacée par des clapets 18 montés pivotant sur le bord extrême d'une sur deux des parois 9 de séparation de la cellule, de sorte que l'un ou l'aut-re des com- partiments adjacents 8 puisse être fermé en faisant pivoter lesdits clapets 18. D'une façon différente de ce qui précède, l'une des glissières peut être remplacée par un élément plat fixe construit à l'extrémité de la cellule et muni de lumières et de parties de fer- meture Ceci, cependant, entraîne l'inconvénient que au lieu de différentes positions de la glissière, les écoulements d'air passent de façon croisée dans la cellule 7, de sorte que, par exemple dans les conduits , 6, dans un tel cas, de l'air froid et chaud circule alternativement. La figure 7 représente une gaine 101 qui comprend deux conduits d'écoulement séparés 102 et 103, de même que une gaine 104 qui de la même façon comprend deux conduits d'écoulement séparés 105 et 106 La gaine 104 constitue l'échangeur de chaleur, et les conduits d'écoulement 105 et 106 comprennent des feuilles de métal longitudinales non représentées qui agissent comme accumulateur de chaleur. Entre la gaine 101 et l'échangeur de chaleur 104, la cellule 107 et la glissière 108 sont placées. La cellule consiste en une boite qui présente à peu près le même diamètre que l'échangeur de chaleur 104 et la gaine 101, et dont l'espace intérieur est divisé en plusieurs compartiments 109 au moyen de parois de séparation 110 parallèles aux écoulements Dans la forme de réalisation représentée, il y a six com- partiments. L'extrémité de la cellule tournée vers l'échangeur de chaleur est munie d'une lumière 111 en face de chaque compartiment 109 Les lumières sont disposées de sorte que la lumière d'un compartiment sur deux soit placée face à un conduit d'écoulement 102, 105, et la lumière d'un compartiment sur deux face aux conduits d'écoulement 103, 106 Aux extré- mités opposées de la cellule, chaque compartiment est muni de deux lumières, dont l'une 112 est placée en face du conduit d'écoulement 102 et l'autre 113 en face du conduit d'écoulement 103. Entre cette dernière extrémité de la cellule et la gaine 101, une glissière de forme plate 108 est 1 il étroitement ajustée; cette glissière étant pourvue de lumières 114 et pouvant être déplacée au moyen d'un dispositif d'actionnement non représenté, en avant et en arrière dans la direction de la flèche A Ces lu- mières sont placées sur deux rangées dans les conduits d'écoulement 102, 103 de sorte que la distance entre deux lumières 114 correspond à la largeur d'un com- partiment 109 Au moyen de la glissière, chaque com- partiment est ouvert vers la gaine 101 à travers une lumière 112, 113 seulement, de sorte qu'un compar- timent sur deux s'ouvre dansle conduit d'écoulement 102 et un sur deux s'ouvre dans le conduit d'écou- lement 103. Le dispositif de commande selon les Figures 7 à 9 fonctionne, de la façon suivante Lorsque la glissière 108 est dans sa position extrême du côté droit, l'air peut circuler hors du conduit d'écou- lement 102 à travers les lumières 114, à travers une ouverture 112 sur deux, et à travers les ouvertures 111 dans le conduit d'écoulement 105 et, d'une façon correspondante, l'air peut circuler du conduit 103 dans le conduit 106 Qe la sorte les écoulements d'air passent directement à travers la cellule 107, comme on le voit sur la Figure 8. Après que l'écoulement d'air chaud ait réchauffé les feuilles d'accumulation de chaleur placé dans l'échangeur de chaleur 10-4 pendant une durée suffisante, la glissière est déplacée vers la gauche. de la largeur d'un compartiment 109, de sorte qu'une communication est établie entre le conduit d'écou- lement 102 à travers la cellule dans le conduit d'écoulement 106, et de même une communication est établie entre le conduit d'écoulement 103, et le conduit d'écoulement 109 comme le montre la Figure 9. Ainsi, la chaleur emmagasinée dans les feuilles accumulatrices de chaleur est transférée à l'air froid, en même temps que l'air chaud réchauffe les feuilles placées dans l'autre conduit d'écoulement de l'échangeur de chaleur. L'invention peut également être utilisée dans le cas o le nombre de conduit d'air est supé- rieur à deux Dans un tel cas, la glissière doit être divisée en un nombre de parties correspondant au nombre de conduits d'air Comme le montrent les Figures 1, 4 et 5, la glissière doit être d'une hau- teur légèrement supérieure à la hauteur de l'échangeur de chaleur 7 La glissière peut être rendue plus cour- te en la divisant en deux éléments de glissière le long d'une ligne médiane verticale, ces éléments de glissière pouvant être déplacés indépendamment l'un de l'autre, La glissière peut en variante être un disque tournant, auquel cas les compartiments ont une forme de secteur. REVENDICATIONS 1, Dispositif de commande des écoulements d'un milieu dans un échangeur de chaleur à régénération, qui est disposé entre deux gaines ( 1, 4; 101, 104) divi- sé en conduits d'écoulement-de milieu ( 2, 3, 5, 6; 102, 103, 105, 106) au moyen d'au moins une paroi de sépara- tion, caractérisé en ce que le dispositif de commande de l'écoulement du milieu consiste en une cellule ( 7; 107) qui est divisée en compartiments ( 8; 109) au moyen de parois de séparation ( 9; 110) parallèles aux écoulements du milieu et à peu près transversales à la paroi de sépa- ration entre les gaines et dont les extrémités sont munies d'éléments plats ( 11, 12; 18; 108) à peu près transver- saux aux écoulements de milieu, au moins l'un de ces élé- ments plats pouvant être déplacé dans une direction à peu près transversale aux parois de séparation ( 9 e 110) de la cellule et lesdits éléments plats étant pourvus de lumiè- res ( 13; 111, 114) et de parties de fermeture ( 14) dispo- sées alternativement, dont la surface correspond à la sur- face des ouvertures entre un conduit d'écoulement du milieu ( 2, 3, 5, 6; 102, 103, 105, 106) et au moins un compartiment ( 8; 109) de la cellule. 2 Dispositif de commande selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que la cellule du dispositif de commande consiste en un échangeur de chaleur ( 7), qui est divisé en compartiments ( 8) au moyen de parois de séparation ( 9), les éléments plats ( 11, 12; 18) étant placés aux extrémités de l'échangeur de chaleur ( 7). 3 Dispositif de commande selon la revendi- cation 2, caractérisé en ce que les deux éléments plats ( 11, 12; 18) placés aux extrémités de l'échangeur de chaleur sont mobiles. 4 Echangeur de chaleur selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce qu' il existe un espace libre ( 17) entre l'élément plat ( 11, 12; 18) et la matière accumulant la chaleur ( 10) présente dans l'échangeur de chaleur. Dispositif, de commande selon la revendica- tion 1, dans lequel l'échangeur de chaleur ( 104) est, à la façon des gaines ( 101), divisé en conduits d'écoule- ment du milieu ( 105, 106) au moyen d'au moins une paroi de séparation, caractérisé en ce que le dispositif de com- mande est placé entre la gaine ( 101) et l'échangeur de chaleur ( 104) et en ce que un des éléments plats du dispo- sitif de commande est fixe et l'autre ( 108) mrobile. 6 Dispositif de commande selon la revendi- cation 5, caractérisé en ce que l'élément plat consiste en un disque tournant. 7 Dispositif de commande selon l'une des re- vendications 1 et 5, caractérisé en ce que les éléments plats consistent en une glissière ( 11, 12; 108) qui peut être déplacée linéairement à peu près dans la direction transversale des parois de séparation ( 9, 110) de la cellu- le. 8 Echangeur de chaleur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les bords des lumières de la glissière ( 11, 12) qui sont orientés perpendiculairement à la direction du mouvement de la glissière sont pourvus d'un rebord ( 16) pénètrant dans la cellule ( 7) et joignant de façon étanche la glissière avec les parois de séparation ( 9). 9 Echangeur de chaleur selon la revendica- tion 7, caractérisé en ce que la glissière ( 11, 12; 108) consiste en éléments de glissière placés en face de chaque conduit d'écoulement du milieu ( 2, 3, 5, 6; 102, 103, 105, 106), chacun de ces éléments de glissière pouvant se dépla- cer par rapport à l'autre élément de glissière. Echangeur de chaleur selon l'une quelcon- que des revendications 2 et 5, caractérisé en ce que l'élément plat est fait de clapets ( 18) montés pivotant sur les bords extrêmes de certaines parois de séparation ( 9) de la cellule.