Brevet FR2566881A1 — publié le 19860103

La présente invention concerne un ensemble de ventilation mettant en oeuvre une récupération de chaleur. Le procédé le plus courant pour la ventilation des pièces, dans les bâtiments importants, est l'utilisa- tion d'un système central de ventilation placé dans la maison ou le bâtiment, des conduits de circulation d'air partant de l'installation centrale vers les diverses pièces du bâtiment. Cette installation assure le condi- tionnement d'air, essentiellement la récupération de chaleur, la filtration, le chauffage, le refroidissement et l'humidification. L'air conditionné ou frais entrant est guidé par l'installation comprenant les conduits vers les diverses pièces et il est soufflé dans celles-ci par des grilles de ventilation. L'air utilisé est aspiré hors de la pièce par la même installation, par un ensemble séparé de conduits, et il est évacué à l'extérieur. Un autre procédé courant comprend l'installation d'ensembles séparés à ventilateur dans les pièces à ventiler. Ce procédé ne nécessite pas l'installation de nombreux conduits d'air dans le bâtiment et il est souvent préféré dans les bâtiments existants lorsque l'installation des conduits d'air est difficile et coû- teuse. Le meilleur emplacement pour l'ensemble à ventila- teur ou de ventilation est le mur externe d'une pièce afin que l'air, provenant de l'extérieur puisse être aspiré dans la pièce par une ouverture formée dans le mur externe. En hiver, l'air extérieur est froid et doit être chauffé à peu près à la température de la pièce avant d'être soufflé dans celle-ci. L'air utilisé est souvent chassé à l'ext6rieur à température ambiante, c'est-à-dire sans refroidissement préalable. Le chauffage de l'air introduit peut être réduit notablement par récupération de chaleur, la chaleur de l'air évacué étant transferée à l'air froid introduit. Des échangeurs de chaleur à plaquesont été très couramment utilisés à cet effet, car ils sont simples par leur structure et par leur fonctionnement, dans le cas des ensembles de ventilation de ce type qui ont une petite dimension puisqu'ils sont destinés à une seule pièce. L'air aspiré est soufflé dans la pièce avec une grande force par une grille formée dans la plaque supérieure de l'ensemble. L'air reçu se mélange à l'air.de la pièce avec un effet d'agitation, sous forme d'une ventilation avec agitation. L'inconvénient des systèmes de ventilation avec agitation est que les polluances de l'air interne sont dispersées dans toute la pièce et ne sont pas évacuées tant qu'il n'arrive pas à proximité de l'orifice d'évacua- tion de l'appareil. En conséquence, des quantités impor- tantes d'air frais sont nécessaires à un fonctionnement convenable d'une telle installation de ventilation, et ceci provoque des aspirations qui peuvent poser un problème aux personnes se trouvant dans la piece lorsque l'air est soufflé avec une force relativement grande. Les dispositifs de montage des lampes au plafond peuvent aussi avoir un effet nuisible sur la direction du courant d'air dans la pièce et peuvent augmenter les courants d'air. S'il était possible de réduire la quantité d'air introduit, la dimension de l'appareil pourrait aussi être réduite. Au contraire, pour un appareil de même dimension, les conduits pourraient être plus petits, si bien que le bruit serait réduit et les différents éléments de l'appareil pourraient fonctionner plus effi- cacement. Par exemple, les échangeurs de chaleur à plaques ont un fonctionnement plus efficace pour les faibles débits, c'est-à-dire qu'ils peuvent transférer une plus grande quantité de chaleur de l'air utilisé à l'air introduit. Un problème général posé par l'utilisation des échangeurs de chaleur à plaques est que, lorsque l'air externe est froid, c'est-à-dire à 2 degrés au-dessous de la température de congélation par exemple, du gel se forme sur les lamelles des conduits du courant d'air évacué, et ces conduits doivent être dégivrés afin que l'effet de récupération de chaleur soit conservé. Cet opération ne peut être réalisée que par arrêt de l'appi,.. jusqu'à fusion de la glace ou par ouverture d'une soupape de dérivation qui provoque le passage de l'air introduit en dérivation par rapport à l'échangeur de chaleur à plaque. Pendant ces périodes, un élément auxiliaire de chauffage doit assurer la totalité de la fonction de chauffage puisque l'échangeur à plaque ne fonctionne plus. L'ensemble de chauffage doit donc avoir une dimension et une cavité supérieures à celles qui seraient normalement nécessaires, dans l'hypothèse ou l'échangeur à plaque fonctionnerait constamment. La glace fondue doit aussi être évacuée, si bien que les ensembles à ventilateur nécessitant un dégivrage doivent être reliés-à une sortie de purge. Les échangeurs de chaleur à plaques ont des rendements nettement inférieurs à ceux d'autres systèmes connus de récupération de chaleur tels que les échangeurs de chaleur rotatifs, qui représentent un système. de récupération de chaleur avec régénération et qui, contrai- rement aux échangeurs à plaques, permettent aussi le transfert d'humidité en plus de la chaleur. Les échangeurs de chaleur rotatifs qui sont essentiellement utilisés dans les sytèmes de ventilation importants, ont une structure relativement complexe et sont beaucoup trop coûteux pour pouvoir être utilisés dans des ensembles de ventilation destinés à des pièces simplement. Un autre type de système de récupération de chaleur avec régénération est un échangeur de chaleur périodique dans lequel les courants respectifs d'air alternent entre deux masses égales de régénération. Les ensembles connus dé récupération périodique de chaleur ne conviennent cependant pas aux petits ensembles de ventilation destinés à la ventilation d'une seule pièce. L'invention remédie. aux inconvénients des systèmes connus de ventilation et permet en particulier une récupération efficace de chaleur dans un petit ensemble de ventilation. Plus précisément, elle concerne un ensemble de ventilation assurant une récupération de chaleur, destiné à être placé de préférence dans un mur extérieur d'une pièce à ventiler de manière que l'air évacué soit chassé à l'extérieur à travers le mur alors que de l'air frais est aspiré de l'extérieur et transmis à l'ensemble dans lequel il est convenablement conditionné, c'est-à-dire chauffé ou refroidi, filtré, éventuellement humidifié, etc., avant d'être soufflé dans la pièce, l'ensemble comprenant un ventilateur d'évacuation destiné à entretenir un courant sortant d'air et un ventilateur d'aspiration destiné à transmettre de l'air dans la pièce, l'ensemble comprenant aussi un échangeur de chaleur destiné à trans- férer de la chaleur du courant d'air évacué au courant d'air frais entrant, les courants d'air circulant en alternance sur deux masses de régénération, l'appareil étant caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur comprend deux ensembles échangeurs de chaleur et est relié à un arrangement à palettes réglables destiné à régler la circulation des courants d'air, les palettes étant montées sur un arbre rotatif commun qui peut tourner périodiquement d'un angle déterminé de rotation afin que, dans une première position, l'air évacué passe dans un premier échangeur de chaleur alors que l'air introduit passe dans l'autre échangeur de chaleur et, dans une seconde position, les courants d'air sont guidés dans les échan- geurs de chaleur opposés, la récupération et le transfert de chaleur étant ainsi efficaces. L'arrangement à ailettes auquel sont raccordés les deux échangeurs. de chaleur, permet une récupération de chaleur avec régénération, avec changement périodique des courants d'air -transmis aux deux masses de régénéra- tion. L'ensemble de récupération de chaleur est donc à la fois simple et très efficace. En outre, il fonctionne quelle que soit la température de l'air externe et, en fait, c'est aux plus faibles températures extérieures que la récupération de chaleur est la meilleure. Un ensemble de ventilation assurant une récupé- ration de chaleur selon l'invention a une construction simple. Il permet le soufflage d'air dans la pièce par ventilation avec déplacement dans laquelle l'air pénètre dans la pièce par une grille relativement importante formée dans le panneau avant de l'ensemble, à une très faible vitesse. L'air introduit se déplace lentement dans la pièce et remonte autour des personnes ou d'autres sources dégageant de la chaleur dans la pièce, et l'air déplacé remonte vers le plafond au niveau duquel se trouve l'orifice d'évacuation. La ventilation de la pièce avec le ventilateur selon l'invention est bien meilleure qu'avec des ensembles d'agitation, et nécessite des quantités d'air beaucoup plus faibles. Un autre avantage important est que, puisque l'air est transmis directement vers les personnes se trouvant dans la piece sans qu'il se mélange à l'air tiède se trouvant au niveau du plafond, l'effet de refroi- dissement de l'air externe est accru. En été, la plus grande partie de l'effet de refroidissement peut être obtenue à partir de l'air extérieur, et un ensemble supplémentaire de refroidissement est bien moins néces- saire. Comme la ventilation par déplacement est plus efficace que les autres procédés correspondants de ventila- tion, la quantité d'air introduit peut être réduite sans réduction notable de l'efficacité de l'ensemble. L'ensemble de ventilation selon l'invention, comprenant l'échangeur de chaleur commandé par des palettes, peut donc avoir une dimension réduite, donnant une réduction de l'espace nécessaire et facilitant le montage de l'appa- reil dans la pièce. Le prix de l'ensemble est aussi inférieur à celui des ensembles connus de capacité ana- logue. L'appareil ne doit pas être connecté à une purge, et il nécessite moins d'énergie de chauffage si bien que l'installation électrique peut être réduite d'une manière correspondante. L'invention met ainsi en oeuvre un arrangement de palettes raccordé aux échangeurs de chaleur et destiné à régler simultanément deux courants d'air séparés, les deux courants d'.air changeant simultanément de direc- tion de circulation. L'ensemble à palettes comporte un boîtier contenant un arbre qui peut tourner et qui porte deux paires de palettes ou de volets espacés axia- lement, les deux palettes de chaque paire formant un angle aigu l'une a. vec l'autre. L'une des palettes de chaque paire peut se trouver dans le même plan que la palette opposée de ia seconde paire. L'arbre est destiné à tourner périodiquement d'un angle de rotation corres- pondant à l'angle formé par les palettes de chaque paire. Les courants d'air entrant et sortant s'écoulent simulta- nément dans le boîtier dans deux chambres séparées, et une première paire de palettes modifie la direction de circulation de l'air entrant et l'autre paire modifie la direction de circulation de l'air sortant. Les palettes sont dirigées dans la direction du courant d'air et en conséquence il suffit d'un petit angle de rotation pour le changement des directions de circulation. Dans le cas de chaque courant d'air, une palette de la paire s'ouvre et permet le passage de l'air alors que liautre se ferme simultanément, et le même comportement a lieu simultanément pour l'autre courant d'air. L'arrangement des ailettes a deux faces de raccordement, l'une vers les échangeurs de chaleur et l'une vers l'intérieur de la pièce dans laquelle sont montés le ventilateur d'évacuation et le ventilateur d'aspiration. Du côté tourné vers les échangeurs de chaleur, les courants d'air.changent d'orifices de sortie lorsque l'arbre tourne alors que le courant d'air de l'autre. côté, tourné vers le ventilateur d'évacuation et le ventilateur d'entrée, a toujours les mêmes ouvertures. L'air évacué circule donc dans le boîtier contenant les palettes par une'même ouverture mais change d'ouverture à la sortie du boîtier. L'air entrant change d'ouverture dans le boîtier mais a toujours la même ouverture à S la sortie du boîtier. De cette manière-, les courants d'air changent périodiquement lorsque l'arbre tourne, et l'appareil constitue donc un ensemble de récupération de chaleur à régénération périodique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 représente le montage d'un appareil selon l'invention sous une fenêtre d'un mur externe d'une pièce, depuis l'intérieur de la pièce; la figure 2 est une perspective avec des parties arrachées représentant l'ensemble depuis l'extérieur du mur, avec un capot protecteur qui recouvre les ouver- tures d'évacuation et d'entrée et les protège contre la pluie qui ne peut donc pas entrer dans l'appareil les figures 3 à 5 sont des perspectives de l'appareil, avec enlèvement de divers éléments et cou- vercles externes successifs représentant des organes ou éléments internes la figure 6 est une coupe verticale de l'appa- reil, à plus grande échelle, montrant les éléments de la figure 5 et, le filtre de la figure 4, en plus des ouvertures de conduits de circulation des courants d'air à travers le mur extérieur la figure 7 est une coupe suivant la ligne 7-7 de la figure 6 e et les figures 8 à I1l représentent l'arrangement de palettes ou des parties de celui-ci, en perspective L'ensemble. de ventilation 1 a un boîtier de forme parallélépipédique et il est placé dans un mur externe 2 au-dessous d'une fenêtre 3. Juste audessous du plafond 4, un registre 5 permet la récupération de l'air utilisé A provenant de la pièce. L'air évacué A est transmis à l'appareil 1 par le registre 5 par l'inter- médiaire d'un conduit 6. L'entrée de l'appareil porte la référence 7. L'air évacué A est soufflé à l'extérieur du mur 2 alors que l'air introduit B est aspiré depuis l'atmosphère externe dans l'appareil 1 puis dans la pièce par un ventilateur 8 d'un type connu. L'ouverture d'évacuation vers l'extérieur et l'ouverture d'entrée d'air depuis l'extérieur sont couvertes par un capot 9 destiné à empêcher l'entrée d'eau dans l'appareil. L'appareil a un panneau 10 de commande à sa paroi avant et un couvercle amovible 11 d'inspection. De manière connue, un ventilateur 12 d'évacuation est destiné à évacuer l'air de la pièce et un ventilateur 13 d'entrée est destiné à introduire un courant d'air frais dans la pièce. Un filtre convenable 14 filtre l'air frais B, de manière connue. L'ensemble 1 est aussi réalisé avec un échangeur de chaleur 15 qui transfère la chaleur entre l'air sortant A et l'air entrant B. Un élément 16 de chauffage est placé à la sortie 13 du ventilateur d'air frais afin qu'il assure un chauffage supplémentaire de cet air. L'échangeur de chaleur 15 comprend deux ensembles ou tronçons 15' et 15" d'échangeur de chaleur placés dans des compartiments séparés par une cloison 17, et l'air entrant B et l'air évacué A circulent dans l'échangeur de chaleur. Les courants d'air traversent le mur extérieur 2 par des conduits 18, 19. Un arrangement à palettes est muni de palettes r6glables agissant à la fois sur le courant d'air sortant et le courant d'air entrant afin que la récupération de chaleur assurée par l'échangeur de chaleur 15 (15', 15") soit efficace. L'arrangement à palettes comprend un boîtier 20 dans lequel peut tourner un arbre 21 qui porte deux paires de palettes 22, 23 et 24, 25 qui sont décalées axialement' Le boîtier 20 est divisé en deux chambres 26, 27. La paire de palettes 22, 23 se déplace dans la chambre 26 et la paire de palettes 24, dr; la chambre 27. L'arbre 21 peut être entraîné en rodl it,l. de manière que la palette 23 prenne la position indiquée par la référence 23' et la palette 22 la position libérée par la palette 23. Comme toutes les palettes 22 à 25 tournent avec l'arbre commun 21, la palette 24 prend de même la position indiquée en 24' et la palette 25 la position libérée par la palette 24. La figure 9 représente cette disposition. L'arbre 21 a donc exécuté un déplacement d'un angle de rotation correspondant à l'angle formé entre les deux palettes de chacune des paires 22, 23 et 24 et 25. Cette rotation de l'arbre 21 est destinée à être assurée périodiquement si bien que, dans une période, l'air évacué A pénètre dans le boîtier dans un plan 28 et en sort dans un plan 29 alors que, simultanément, l'air entrant B pénètre dans le boîtier dans un plan 30 et en sort dans un plan 32. Dans la période suivante, l'air évacué A' pénètre dans le boîtier dans un plan 32 et en sort dans un plan 33 et, simultanément, l'air introduit B' pénètre dans le boîtier dans un plan 34 et en sort dans un plan 31. La rotation de l'arbre 21 provoque la circulation de l'air évacué à travers l'échangeur de chaleur 15", dans une période, alors que l'air introduit B traverse simultanément l'échangeur de chaleur 15'. Dans la période suivante, l'air évacué A' traverse l'échangeur de chaleur 15' alors que l'air introduit traverse l'échangeur 15". Un échange périodique des courants d'air entre les deux masses égales de régénération est ainsi obtenu par rotation de l'arbre 21. L'ensemble de ventilation selon l'invention assure donc non seulement une ventilation et un conditionnement mais aussi une récupération de chaleur périodique par régénération. i566881 REVENDICATIONS 1. Ensemble de ventilation avec récupération de chaleur, destiné.à être installé notamment dans un mur externe (2) d'une pièce à ventiler de manière que l'air évacué (A) soit transmis à l'extérieur à travers le mur alors que l'air frais introduit (B) est aspiré depuis l'extérieur et est transmis à 'l'ensemble de ventilation (1) dans lequel il est convenablement conditionné, notam- ment par chauffage ou refroidissement, filtrage ou éven- tuellement humidification, avant soufflage dans la pièce, l'ensemble de ventilation comprenant un ventilateur d'évacuation (12) destiné à entretenir un courant d'air sortant de la pièce et un ventilateur d'entrée (13) destiné à provoquer l'entrée d'air dans la pièce, et en outre, un échangeur de chaleur (15) destiné à assurer une récupération de chaleur par transfert de chaleur du courant d'air sortant (A) au courant d'air entrant (B), les courants d'air (A, B) alternant périodiquement entre deux masses égales de régénération (15', 15"), caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (15), qui comporte deux éléments séparés d'échange de chaleur (15', 15"), est raccordé à un arrangement comprenant des palettes réglables (22, 23 et 24, 25) destiné à régler à la fois les courants entrant et sortant d'air, les palettes étant montées sur un arbre rotatif commun (21) destiné à tourner périodiquement d'un angle déterminé de rotation si bien que, dans une première position, l'air évacué (A) est guidé dans un premier élément d'échange de chaleur (15', 15") alors que le courant d'air sortant (B) est simultanément guidé à travers l'autre élément d'échange de chaleur (15", 15') et, dans une seconde position, les courants d'air (A, B) sont guidés dans les éléments opposés d'échange de chaleur, c'est-à-dire que l'air entrant (B) traverse le premier élément d'échange de chaleur (15', 15") et le courant d'air évacué (A) traverse le second élément d'échange de chaleur (15", 15') afin que la récupération de chaleur et le transfert de chaleur soient efficaces. 2. Ensembl'e selon la revendication 1 caracté- risé en ce que l'arrangement à palettes comporte deux paires de palettes (22, 23 et 24, 25) décalées axialement suivant l'arbre (21), chaque paire de palettes formant un angle aigu, les angles des deux -paires étant égaux, une palette (22) d'une paire se trouvant dans le même plan qu'une palette opposée (25) de la seconde paire, la seconde palette (23) de la première paire se trouvant dans le même plan que la seconde palette (24) de la seconde paire (25), l'arbre (21) étant destiné à tourner périodiquement d'un tel angle entre ses deux positions externes extrêmes, correspondant à l'angle compris entre les palettes de chaque paire.