Brevet FR2524972A1 — publié le 19831014

L'invention est relative à la production d'air chaud, utile pour diverses applications, notamment de chauffage, de climatisation, ou de séchage. Elle concerne plus particulièrement un procédé pour cette production et un dispositif pour sa mise oeuvre. Elle s'avère particulièrement intéressante dans le domaine du chauffage à basse température par air, aussi est-ce en relation avec cette utilisation particulière qu'elle va être exposée. Il est courant pour le chauffage à basse température par air d'utiliser des caissons de ventilation ou des armoires de traitement d'air. Dans ces dispositifs connus, l'air à traiter est réchauffé au contact d'une batterie chaude du type échangeur à ailettes à grande surface de chauffe et l'air chaud est expulsé de l'enceinte vers l'utilisation par un ventilateur, un filtre pouvant le débarrasser de ses poussières en amont ou en aval du ventilateur.Un inconvénient de ces dispositifs tient au fait que la chaleur fournie à la batterie chaude y provient d'une source unique d'énergie primaire, en général électrique, sans que soit prévue la possibilité de faire appel, même au moins partiellement, à des sources d'énergie moins nobles mais cependant localement disponibles selon les circonstances et de moindre colt, telles que la chaleur solaire ou géothermique ou en provenance d'un récupérateur, de cheminée par exemple, ou d'une pompe à chaleur. Par ailleurs, le fait que le ventilateur soit du côté aval du dispositif, c'est-à-dire dans la zone où la température est la plus élevée pose d'autres problèmes : si le moteur d'entrainement est intérieur au caisson, l'influence de la chaleur raccourcit considérablement sa durée de vie et rend son réglage aléatoire surtout du fait de la présence de courroies et de poulies et, s'il est extérieur, ce qui est souvent le cas, du fait du passage des courroies, c'est au prix d'une mauvaise étanchéité et d'une rigidité insuffisante des caissons. L'invention a pour but de remédier à ces insuffisanoes en proposant un procédé de production d'air chaud dans lequel l'air à traiter passe sur des échangeurs successifs alimentés par des sources d'énergie primaire de natures différentes, ces échangeurs fonctionnant à des températures croissant de l'amont vers l'aval de l'écoulement. Avantageusement l'air est poussé vers les échangeurs et non aspiré depuis l'aval dans la station de traitement. L'invention propose également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, du type armoire de traitement dans lequel des batteries d'échangeurs alimentées par des sources différentes sont placées en étages successifs et où avantageusement un ventilateur placé en amont souffle l'air à traiter sur les batteries d'échangeurs. Pour l'intelligence de la description du procédé et du dispositif selon l'invention qui suit, on se référera aux dessins dont - la figure 1 représente schématiquement en perspective, porte d'accès enlevée, une armoire de production d'air chaud selon l'invention, avec batteries d'échangeurs placées en étages sous forme de tiroirs, - la figure 2 montre plus particulièrement une disposition avantageuse dans l'armoire, des organes de fonctionnement "chuds" associes à une chaudière à eau alimentant t 'échangeur correspondant. On voit à la figure 1 une représentation schématique d'un dispositif illustrant bien l'invention. Il se présente sous la forme extérieure classique d'une armoire parallélépipédiqe, constituée de parois verticales 1 avantageusement isolées thermiquement, la paroi antérieure ou porte d'accès ayant été enlevée pour la clarté. A sa partie inférieure elle comporte un caisson ou plénum d'admission 2 de 11air à traiter qui y pénètre de l'extérieur par une prise d'air 3 située de préférence à l'arrière. A sa partie supérieure, l'armoire comporte cn caisson ou plenum de soufflage 4 d1où l'air qui a transité dans l'armoire où il a été réchauffé est évacué par un ou plusieurs conduits de soufflage 5 qui peuvent etre éventuellement raccordés à un réseau de distribution par gaines de façon connue.L'armoire constitue une enceinte isolée ne communiquant avec l'ambiance que par la prise d'air 3 et éventuellement son évacuation en 5. L'air frais présent dans le plénum d'admission 2 est aspiré à travers un filtre 6 qui le purifie, par un ventilateur 7 disposé immédiatement au-dessus, et est soufflé vers le haut dans la section de réchauffage 8 de lbrmoire, située entre le ventilateur 7 et le plénum de soufflage 4. Un humidificateur 9 permet de contrôler le degré d'hygrométrie de l'air transitant dans l'armoire. Comme représenté, le filtre 6 est avantageusement porté par un cadre sous forme de tiroir amovible guidé dans des glissières, ce qui en rend l'entretien ou le remplacement particulièrement aisé. On notera que le ventilateur 7 est situé au niveau de l'admission de l'air frais en amont de la section de réchauffage 8. Il est donc dans la partie froide du dispositif et son moteur d'entrainement peut donc sans difficulté lui être immédiatement juxtaposé ce qui supprime les problèmes posés par un moteur extérieur. Non seulement le moteur est refroidi par l'air frais arrivant, mais l'air est ainsi préchauffé avant d'atteindre la section de réchauffage 8. La section de réchauffage 8 de l'armoire comprend plusieurs échangeurs 10A, lOB, etc... disposés en étages les uns à la suite des autres. L'air soufflé vers le haut par le ventilateur 7 les lèche successivement avant d'atteindre le plénum de soufflage 4 et partir vers l'utilisation. Contrairement à l'état connu de la technique les échangeurs lOA, lOB, etc... correspondent non seulement à au moins deux sources d'énergie primaire différentes, ce qui présente les avantages évoqués dans l'introduction (diversification, récupération), mais leur succession est déterminée de manière telle que la chaleur qu'ils sont susceptibles de fournir à l'air qui les baigne se présente sous des températures croissant de l'amont vers l'aval. Cette disposition présente l'avantage considérable que c'est d'abord l'énergie à basse température qui réchauffe l'air, puis à une température plus élevée et éventuellement à la température maximale si nécessaire, ce qui permet de n'utiliser les derniers étages que si l'air qui vient les lécher n'a pas atteint auparavant la temp6- rature voulue, d'où une économie d'énergie systématique.Cet avantage se trouve encore renforcé par le fait que ces énergies à basse température sont souvent localement disponibles et d'un prix de revient bien inférieur à celui de l'énergie "noble" à haute température fournie par l'électricité. Ainsi, dans l'exemple représenté à la figure 1 on peut disposer, dans l'ordre, d'amont en aval, c'est-à-dire de bas en haut, d'un échangeur lOA alimenté par capteurs solaires, puis d'un échangeur lOB alimenté par chaudière à production d'eau chaude, puis d'un échangeur lOC alimenté par un dispositif du genre récupérateur de chaleur d'un foyer, chenets hydrauliques par exemple, puis enfin d'un dernier échangeur lOD fonctionnant à l'électricité. D'autres échangeurs non représentés (énergie géothermique, pompe à chaleur ...) peuvent selon leur température de fonctionnement être, selon les circonstances, substitués à certains de ceux énumérés ou encore intercalés dans leur suite. La disposition choisie permet de faire appel d'abord à l'énergie momentanément disponible indépendamment du fonctionnement du dispositif de production d'air chaud : solaire, géothermique, chenEts hydrauliques. Si celle-ci est suffisante pour l'obtention de la température d'air voulue, l'alimentation en électricité de l'échangeur terminal lOD pourra ê- tre épargnée. De même l'échangeur lOB, lié à la chaudière, ne délivrera pas de chaleur si l'air qui le baigne est déjà assez réchauffé, il ne se refroidira donc pas, et le fonctionnement de la chaudière par sa régulation propre sera épargné. D'autres combinaisons sont évidemment possibles. Ainsi, on peut sans problème prévoir de privilégier le fonctionnement de l'échangeur électrique par rapport à celui lié à la chaudière pendant les heures dites creuses à tarif avantageux. On pourrait aussi placer un premier échangeur électrique travaillant pendant ces heures creuses, en amont de celui lié à la chaudière et un second en aval, n'intervenant en dehors des heures creuses qu'en cas de nécessité, toutes les autres sources étant prioritaires. On voit donc qu'il y a ainsi autorégulation de l'armoire pour fonctionner au moindre colt. Seul le fonctionnement du ventilateur doit être régulé : il ltest facilement et de façon connue au moyen d'un rhéostat, commandé par un thermostat d'ambiance. Comme l'illustre bien la figure 1, la conception de la section de réchauffage 8 avec ses échangeurs lOA, ..., 100 disposés en étages successifs se prête à une construction modulaire extrêmement pratique sous forme de tiroirs amovibles interchangeables. Pour sortir un tiroir, il suffit alors de démonter les deux raccords d'arrivée et sortie du fluide calorifique dans l'échangeur. L'ordre des tiroirs peut donc être modifié à volonté due même que peuvent entre réservés des étages pour des tiroirs correspondant à des sources d'énergie primaire qui pourraient devenir disponibles dans le futur. La figure 2 illustre une disposition qu'il est particulièrement intéressant d'adopter en association avec les échangeurs lOA, lOB, notamment pour celui lOB qui est lié à la chaudière puisque c'est celui que l'on rencontre le plus souvent, et dont la chaleur est en général parmi les plus chères.Selon cette disposition, les accessoires techniques chauds situés entre la source et l'échangeur se trouvent de préférence situés dans l'armoire et solidaires du même tiroir que l'échan geur, Ainsi, dans l'exemple de la figure 2 pour l'échangeur lOB lié à la chaudière, on reconnait l'ensemble technique classique : conduits d'arrivée et de retour ll équipés de purgeurs 12, vanne à quatre voies 13, circulateur 14 sur le retour, boisseau de purge 15, vase d'expansion 16, alimentation en eau froide 17 et les flexibles 18 sortant de l'armoire pour la connexion au circuit de chaudière par les vannes de sectionnement 19. Ces accessoires sont nus et participent ainsi au réchauffement de l'air alors que s'ils étaient à l'extérieur de l'armoire, il faudrait les isoler pour réduire les pertes. On gagne donc à la fois en isolation et en encombrement. L'argument de l'isolation n'est pas valable pour le circulateur 14 dont le moteur a toujours besoin d'être refroidi. C'est la raison pour laquelle il est judicieux de le placer sur le retour et également à l'intérieur de l'armoire, sous l'échangeur lOB, là où l'air frais est à la plus basse température et le refroidit par convection forcée par le ventilateur 7. La nécessité de refroidir le circulateur 14 est donc tournée à l'avantage des performances de l'installation. La description de l'invention qui précède repose sur l'hypothese d'une application au chauffage, mais il est clair que les mêmes principes peuvent être mis en oeuvre pour d'autres applications faisant appel à de l'air chaud, comme c'est le cas par exemple du séchage. Selon l'application particulière, des modifications pourront donc être apportées sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour la production d'air chaud dans lequel l'air frais h traiter passe en circulation forcée dans une enceinte unique isolée par rapport à l'ambiance et où il est réchauffé avant d'être évacué vers l'utilisation, caractérisé par le fait qu'il consiste 3 pousser l'air frais sur des échangeurs successifs au moyen d'un ventilateur. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on alimente les échangeurs successifs en chaleur provenant de sources d'énergie primaire de natures différentes. 3 - Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait que l'on choisit les sources énergie de manière que les échangeurs successifs foactionnent à des tempdratures croissant de l'amont vers l'aval de l'dcoulement. 4 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il comprend, dans une enceinte (l) isole ue 17ambiance, entre une entré (2, 3) et -une sortie (4, 5) pour l'air, dans l'ordre, un ventilateur (7) et des échangeurs (lOA, ..., D) de chaleur successifs 5 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 4, caractXrisé par le fait que le moteur d'entrainement du ventils- teur (7)- est intérieur à enceinte (1) en amont des échangeurs (10A, 100). 6 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé par le fait que l'enceinte (1) se présente sous la forme d'une armoire (1) et que les échangeurs (10A, ... 1DD) sont portés par des tiroirs disposés à la suite, les uns au-dessus des autres. 7 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins deux échangeurs (10A, ... 1UD) alimentés respectivement d'amont en aval, par au moins deux des sources de chaleur suivantes : capteur solaire, chaudière à eau, énergie électrique. 8 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé par le fait qu'il comporte un échangeur (lOB) alimenté par une chaudière à eau chaude dont les accessoires techniques (11 à 18) sont disposés dans l'enceinte (1). 9 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendica tion 8, caractérisé par le fait que lesdits accessoires techniques (11 à 18) sont disposés en amont de l'échangeur correspondant (lOB). 10 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé par le fait qu'il comporte en amont du ventilateur (7) un filtre (6) de purification de l'air admis dans l'enceinte (1).