Brevet FR2582087A1 — publié le 19861121

i La presente invention se rapporte a un dispositif pour changer l'air d'une pièce, par de l'air frais exterieur et pour soumettre de façon continue, une partie de l'air de]a pièce à une filtration des gaz durant] 'échange. Les dispositifs pour changer l'air à l'intérieur d'une pièce ou autre enceinte, avec de l'air frais extérieur, sont bien connus. Avec le développement croissant de la construction d'immeubles et d'habitations, présentant une isolation poussée aux fins d'économie d'énergie, il s'est développé une prise de conscience correspondante du besoin de chasser l'air vicié d'une pièce (et éventuellement toxique) et de le remplacer par de l'air frais extérieur. Un des problèmes associé à un tel échange est l.'introduction de courants froids causés par.l'influx soudain d'air plus froid venant de l'extérieur. Ce problème a été essentiellement résolu en utilisant certaines formes de dispositifs échangeurs de chaleur qui emmagasinent alternativement la chaleur donnée par l.'air chassé et chauffent l'air frais à fournir en provenance de l'extérieur. Lorsque les conditions régnant dans la pièce ou enceinte nécessitent (ou font qu'il est souhaitable) que]P'air soit purifié, au-delà d'une simple élimination des particules en suspension, les hommes de l'art ont cependant eu recours à l'utilisation de dispositifs de filtration de gaz indépendants. Ces dispositifs, habitue].l.ement du type à absorption, enlèvent de façon typique les odeurs, la fumée et autres substances nocives. Dans la mesure o cela est connu, on n'a pas essayé de combiner dans un bloc compact efficace, une possibilité d'échange d'air avec une possibilité d'épuration d'air. La présente invention rassemble dans un seul. bottier relativement compact, les éléments nécessaires pour échanger, de façon efficace, l'air vicié d'une pièce avec de l'air en provenance de l'extérieur, tout en soumettant, en même temps, l'air de]a pièce à une filtration des gaz afin de l'épurer. L'invention utilise un nombre minimal. d'éléments dans un agencement simplifié et permet ainsi la fabrication d'une unité de filtration des gaz/ventilation relativement bon marché. La présente invention fournit un dispositif pour échanger l'air à l'intérieur d'une enceinte avec de l.'air extérieur, tout en soumettant de façon continue, l'air contenu dans ladite enceinte à une filtration des gaz, un système de conduits s'étendant à l'intérieur du boîtier pour ménager une chambre centrale présentant quatre orifices, chaque orifice communiquant avec un orifice ménagé dans le boîtier pour établir quatre canaux d'écoulement d'air; un ventilateur aspirant monté dans le premier çanal pour - assurer 1'éçouJemen* d.'air en provenance de l'enceihte; uW- ventilateur d iint4*ionw- 4'air monté dans le second canal'-pour assu'er 13coulenmeat-' d'air à l'intérieur de'l'enceinte; un-moyen de filtration des gaz monté dans le troisième canal, le troisième canal débouchant dans l'enceinte; une matrice d'emmagasinement de la chaleur montée dans le quatrième canal, ce dernier débouchant à].'air extérieur, une soupape montée dans la chambre et pouvant être positionnée par rapport aux quatre orifices, à l'intérieur de la chambre pour établir un premier mode de fonctionnement dans lequel le premier canal est en communication d'écoulement d'air - avec le quatrième canal et le troisième canal est en communication d'écoulement d'air avec le second cana]., et un second mode de fonctionnement dans lequel l.e premier canal est en communication d'écoulement d'air avec l.e troisième canal et le quatrième canal est en communication d'écoulement d'air avec le second canal. De préférence,].a soupape utilisée dans l.a présente invention est une soupape à quatre voies, en forme de vanne; sous cette forme, la vanne se déplace entre deux positions pour assurer alternativement la communication d'écoulement d'air entre deux orifices adjacents disposés sur]'un des côtés de la vanne et deux orifices adjacents disposés sur l'autre côté de la vanne. Dans une position de la soupape, le canal. d'écou]ement d'air contenant la matrice d'emmagasinage de la chaleur fonctionne comme un canal d'évacuation, l'air évacué fournissant la chaleur à la matrice. Lorsque la soupape est dans son autre position, le même canal d'écoulement d'air fonctionne comme un canal. d'alimentation, la matrice redonnant sa chaleur -emmagasinée à l'air frais extérieur. Lorsque la soupape revient à sa position, l'écoulement d'air à travers les moyens de -filtrage des gaz sont inversés, mais l'air contenu dans l'enc]os se trouve ainsi continuellement purifié. Dans certains cas, i] peut être souhaitable d'adjoindre dans la présente invention un moyen de purification d'air él.ectronique, soit en combinaison avec le moyen de filtration des gaz, soit se substituant à celui-ci. En conséquence, la présente invention peut comprendre alternativement un moyen de traitement de l'air monté dans le troisième canal, le moyen de traitement d'air étant choisi parmi le groupe comprenant des moyens de filtration des gaz et des moyens électroniques d'épuration d'air. D'autres objets et avantages de la présente -invention ressortiront de- la description détaillée qui suit, faite avec référence aux dessins annexés dans lesquels: - Fig. 1 est une vue en élévation latérale d'un ensemble de filtration des gaz/ventilateur conforme à la présente invention; - Fig. 2 est une vue en coupe transversale, prise suivant la ligne II-II de la Fig. 1; - Fig. 3 est une vue en coupe transversale, prise suivant]a ligne III-III de la Fig. 1; - Fig. 4 est une vue en elévation latérale détaillée d'un ensemble de soupape à quatre voies, conforme à la présente invention; - Fig. 5 est une vue en plan de dessus de la Fig. 4; - Fig. 6, 7, 8 et 9 sont des vues séquentielles des moyens d'actionnement de la soupape quatre voies; - Fig. 10 est une vue schématique 'du dispositif de la présente invention montrant les circuits d'écoulement d'air lorsque la soupape à quatre voies est dans une position; et t - Fig. 11 est une vue schématique du dispositif de la présente invention montrant les circuits d'écoulement d'air lorsque la soupape- à quatre voies est dans son autre position. - En se référant aux dessins, en particulier aux Fig. 1-5, un ensemble de filtration des gaz/ventilation 10 conforme à la présente invention est représenté. L'ensemb]le filtration des gaz/ventil.ation 10 comprend un bottier extérieur ou carter 12 (représenté ea pointillés sur les dessins). Etant donné que la présente invention consiste à fournir des passages ou canaux d'écoulement définis pour l'air, un système d% canalisation qui établit les passages d'écoulement, est monté à l'intérieur du bottier 12. Certaines parties de ce système de canalisation seront décrites ici avec les éléments principaux montés dans le bottier 12, les autres parties du système de canalisation seront expliquées au cours de la description du fonctionnement de].'invention qui suit. Un ventilateur aspirant 14 entraîné par un moteur 16 est monté à l'intérieur du bo tier 12. Le D ventilateur aspirant 14 est représente comme étant du type centrifuge et destiné a aspirer l'air de]a pièce ou autre enceinte, à travers un orifice 18 ménagé à la partie supérieure du Doîtier 12. L'air aspiré dans l'orifice 18 passe à travers le filtre 20 qui est destiné à enlever uniquement les particules grossières en suspension, et de là, à l'intérieur du côté d'admission du ventilateur aspirant 14. Le ventilateur aspirant 14 pousse l'air à travers un conduit de transition 22 puis, à travers un orifice 24 à l'intérieur de]a chambre de soupape centrale 26. Un ventilateur d'alimentation 28 entraîné par un moteur 30 est monté à l'intérieur du boîtier 12. Le ventilateur d'alimentation 28 est également représenté comme étant du type centrifuge et est destiné à aspirer l'air hors de la chambre de soupape centrale 26, à travers l'orifice 32, à l'intérieur du côté d'admission du ventilateur d'alimentation 28; l'air est ainsi poussé à travers le conduit 34 s'étendant vers le bas, à travers la gri].l.e 36 et hors de l'orifice 38 qui débouche dans la pièce ou enceinte. Un dispositif de filtration des gaz 42 du type à adsorption bien connu, est disposé à l'entrée de l'orifice 40 ménagé à la partie supérieure du boîtier 12, ledit orifice débouchant également dans la pièce ou enceinte. Un exemple du type de matériau utilisé pour la fabrication du.it de filtrage dans le dispositif de filtrage 42 est l'alumine activée sous forme sphérique et contenant du permanganate de potassium; un tel matériau est vendu par la "Carus Chemical Company division" de la "Carus Corporation" sous la marque déposée CARUSORB 100. Le matériau du filtre adsorbe les impuretés de l'air qui l.e traverse; de plus, les impuretés oxydables sont converties par]e permanganate de potassium présent en bioxyde de carbone et en eau. L'ensemble de filtrage permet ainsi de retirer de 'air les impuretés usuelles, telles que fumée de cigarette, odeurs de cuisine et en même temps de contrôler des substances toxiques telles que formaldéhyde, éthylène, etc. On comprendra que d'autres types de matériau de filtrage, tel du carbone activé, puissent être utilisés dans la présente invention, suivant les conditions d'utilisation. L'accès de l'air à l].'ensemble de filtrage 42, à partir de la chambre de soupape centrale 26 se fait à travers l'orifice 44. Il. peut être souhaitable de combiner un ensemble de filtration des gaz 42 à un dispositif d'épuration d'air électronique de tout type, bien connu. En variante, un tel dispositif d'épuration électronique peut être substitué à l'ensemble de filtration des gaz 42 lorsque le but principal consiste à enlever de la matière sous forme de particu.les (par exaemwe du pollerin de!'air contenu dans: lencente. Des- épuratfuirs: d'air--: électroniques fonctionnent>- s4r les principe de-- la précipitation électrostatiqôe et peuvent être du- 'type- 'à plaque ionisante, du type non-ionisant à milieu chargé, ou du type ionisant à milieu chargé. Suivant une autre variante, il peut être souhaitable, en particulier lorsque l'air frais pris par l'ensemble de filtration des gaz/ventilation 10 est chargé de pollen ou d'autres particules, d'inclure un épurateur d'air électronique dans le conduit 34; cette disposition enlèvera les particules de l'air d'admission avant qu'il pénètre dans l'enclos par l'orifice 38. Un passage d'écoulement d'air à partir de l.a chambre de soupape centrale 26 vers l'extérieur est établi par l.'orifice 46 dirigé vers l.e bas, le conduit de dérivation 48, le filtre 50 et l'orifice 52 débouchant à l'extérieur et logé au fond du boîtier 12 comme le montre la Fig. 1. Le filtre 50 de même que]e filtre 20, est destiné à enlever uniquement]es particules en suspension grossière telle que la poussiere. Une matrice d'emmagasinage de chaleur 54 de tout type bien connu, utilisée dans]es dispositifs de ventilation, est montée dans le passage d'écoulement d'air vers]'extérieut. Le but de cette matrice d'emmagasinage de cha]eur 54 est de récupérer-et d'emmagasiner la chaleur en provenance de ]'air chassé vers J'extérieur en provenance de la pièce ou de]'enceinte et de redonner cette chaleur à]'air frais provenant de l'extérieur et pénétrant dans la chambre ou enceinte. En se référant maintenant à la chambre de soupape centrale 26, on a représenté montée dans cette chambre, une soupape 60 à clapet du type à vanne à deux positions. Le rôle de la soupape à clapet 60 est de se déplacer alternativement entre deux positions, approximativement à 2 secondes d'intervalle pour établir deux circuits d'écoulement d'air séparés dans le bottier 12, à chaque position. Le fonctionnement de la soupape à clapet 60 sera décrit principalement en référence aux Fig. 6 à 9. La Fig. 6 montre la soupape à clapet 60 au repos qui sera dénommée ciaprès "position 2". La soupape à clapet 60 comprend des éléments flexibles 62 à chaque extrémité qui aide à la formation de 'joints d'étanchéité au travers des orifices ménagés dans la chambre de soupape centrale 26. La soupape à clapet 60 est montée à rotation sur l'arbre 64 qui s'étend transversalement dans la chambre de soupape centrale 26. La soupape à clapet 60 est montée rigidement par rapport à un levier mobile 66. Un ressort à torsion 70 est relié entre un levier 66 et une plaque de butée 68, qui est rigidement montée dans].a chambre 26. Le ressort 70 est enroulé autour d'un arbre 64 et accroché sur un bord du levier 66. Le ressort 70 pousse le levier 66 dans le sens des aiguilles d'une montre contre la butée 72. Lorsque le levier 66 est pivoté dans le sens contraire des aiguilles d'une montre autour de l'arbre 64, ceci a pour effet de charger]e ressort à torsion 70 et de pousser le' levier 66 à se déplacer dans le sens des aiguilles d'une montre vers sa position initiale, à l'encontre de]a butée 72. Le mécanisme pour déplacer]a soupape à clapet 60 comprend un ensemble à came désigné dans son ensemble par la référence 80. L'ensemble à came 80 comprend une came 82 plate montée sur l'arbre d'entraînement 84 qui est entraîné dans le sens des aiguilles d'une montre, par un moteur 86 par l'intermédiaire d'un renvoi de démultiplication 88. Une barre de percussion 90 est montée rigidement sur la came plate 82. La came plate 82 comprend une surface lobée 92 et une surface de came incurvée 94 qui est adaptée pour correspondre à la surface incurvée 96 ménagée sur l.e levier 66. La barre de percussion 90 est destinée à venir en contact.avec la clavette 98 du leviei 6X pour faire tourner celui-ai dans,. le sens contraire des---aiguilIeS d'une montre. ' Lorsque].a soupape à clapet est dans la position 2 (telle que représentée à la Fig. 6), la came 82 tourne dans le sens des aiguilles d'une montre et la barre de percussion 90 vient en contact avec la came 98. Lorsque la came 82 continue à se déplacer, l.e levier 66 commencea tourner dans le sens contraire des aiguilles d'une montre et déplace la soupape à clapet 60 de sa position de fermeture étanche, en position 2 (voir Fig. 7). La soupape à clapet 60 tourne dans le sens contraire des aiguilles d'une montre vers sa position de repos alternée, position 1 (voir la Fig. 8) et reste dans cette position aussi longtemps que la surface de came 94 est en contact avec la surface correspondante 96 du levier 66. Durant cette période, la rotation du levier 66 charge le ressort à torsion 70. Lorsque le lobe 92 arrive en contact avec la surface correspondante 96 (voir Fig. 9)].e levier 66 est alors libre de se deplacer et le ressort de torsion 70 le rappell]]e dans Je sens des aiguilles d'une montre contre]a butée 72. La soupape a clapet 60 revient ainsi à sa position 2 et reste dans cette position jusqu'à ce que Je cyc] e de]'ensemble à came 80 soit répété. La soupape à clapet 60 reste dans chacune de ses positions pendant environ 2 secondes, au moyen de cette opération cyclique. On se reportera maintenant aux Fig. 10 et 11i. Comme on y a fait allusion ci-dessus, le boîtier 12 renferme un système de canalisations approprié pour définir].es canaux d'écoulement d'air utilisés dans l.a présente invention. Ce système de canalisations, bien que représenté schématiquement, sera facilement évident pour les techniciens en la matière et ses détails de construction sont bien connus dans cette technique. La Fig. 10 montre les circuits d'écoulement de l.'air utilisés lorsque la soupape à clapet 60 est dans la position 1. L'air à partir de la pièce est aspiré à l'intérieur du boîtier 12 par l'orifice 18. Il passe à travers le ventilateur d'aspiration 14, la zone de transition 22 et par l'orifice 24 dans la chambre de soupape centrale 26. La présence de la soupape à clapet en position 1 entraîne l'air à descendre vers le bas par l'orifice 46 et le conduit de dérivation 48; 1.'1 air traverse ensuite la matrice d'emmagasinage de chaleur 54. Lorsque de l'air relativement chaud arrive en contact avec les surfaces relativement froides de la matrice d'emmagasinage de chaleur 54, un processus d'échange de chaleur se produit et-].'air donne sa chaleur à la matrice. Une fois que l'air a quitté la matrice d'emmagasinage de chaleur 54 i] traverse le filtre 50 et sort par l'orifice 52 dans l'atmosphère extérieure. Le circuit de l'écoulement de l'air décrit ci-dessus a pour effet de retirer J'air vicié d'une pièce et de]'expu].ser vers l'extérieur. Lorsque]a soupape à clapet 60 est en position 1, un second circuit d'écoulement d'air est établi sous l'effet du ventilateur d'alimentation 28. Le ventilateur 28 aspire l'air à partir de la pièce, par l'orifice 40 et]'ensemble de filtrage 42. L'air est nettoyé de la manière décrite cidessus par l'ensemble de filtrage 42 et s'écoule par l.'orifice 44 dans la chambre de soupape centrale 26. La présence de la soupape à clapet 60 dans sa position 1 entraîne l'air à s'écouler par l'orifice 32 à l'intérieur du ventilateur d'alimentation 28. L'air nettoyé est ensuite renvoyé à la pièce par]e conduit 34 et l'orifice 38. On peut voir ainsi que bien qu'une certaine quantité d'air vicié soit chassée vers l. 'extérieur, une autre partie de l'air de la pièce est nettoyée sous l'action de filtration des gaz du dispositif de la présente invention. Fn se référant m&intenant à' ta Fig. -l, la; soupape à clapet 60 est revenue cycliquement à sa position 2. Dans cette-'position, l'.airvicié de la -chambre est, aspiré dans le boîtier 12 par l'orifice 18, par le ventilateur aspirant 14 'de]Ja manière décrite ci-dessus. Toutefois, lorsque cet air atteint la chambre de soupape centrale 26 par l'orifice 24, la présence deé la soupape à clapet 60 dans sa position 2, entraîne l'-air à s'écouler par]'orifice 44 dans l'ensemble de filtration 42. Cet air est nettoyé de la manière décrite ci-dessus et est -renvoyé à la pièce par l.'orifice 40 ménagé -à la partie supérieure du bottier 12. Lorsque la soupape à clapet 60 est dans sa position 2, un second circuit d'écoulement d'air est établi sous l'effet du ventilateur- aspirant 28. De l'air extérieur frais est aspiré par le ventilateur 28 par l'orifice 52 et l.e filtre 50 et passe à travers l.a matrice d'emmagasinage de chaleur 54. L'air extérieur relativement froid reçoit la chaleur par un processus li d'échange ae chaleur dans]a matrice 54 et passe vers le haut, à travers le conduit de dérivation 48 et pénètre dans la chambre centrale 26 par l'orifice 46. La présence de la soupape à clapet 60 dans sa position 2 forceé l'air chauffé frais à pénétrer dans le ventilateur d'alimentation 28, par l'orifice 32 et à pénétrer dans la chambre par le conduit 34 et l'orifice 38. On peut voir ainsi que pendant que l'air frais extérieur est fourni à la pièce, l'autre air de la pièce est purifié par l'action de filtration des gaz du dispositif conforme à l.a présente invention. Dans une installation type, dans laquelle]es ventilateurs aspirants et refoul.ants 14 et 28 ont chacun une capacité de 0,38 zn3/s,]la présente invention purifiera environ 0,151 m3 d'air dans un cycle de 4 secondes. Durant l.e même cycle,]e dispositif conforme à la présente invention fournira 0,075 m3 d'air frais à la pièce, et évacuera un volume égal d'air vicié vers l'atmosphère. REVENDICATIONS 1.Dispositif pour changer l'air dans une enceinte par de l'air extérieur tout en soumettant l'air contenu dans ladite enceinte à une filtration des gaz,caractérisé en ce qu'il comprend: un bottier (12); un système de canalisations s'étendant à l'intérieur dudit bottier pour ménager une chambre centrale (26) à quatre orifices (24,32,44,46), chaque orifice com- muniquant avec un orifice(18,38,40,52,respectivement)ménagé dans ledit bottier (12) pour établir quatre conduits d'évacuation d'air; un ventilateur d'évacuation (14)monté dans le premier desdits conduits,pour assurer l'écoulement d'air à partir de ladite enceinte; un ventilateur aspirant d'air (28)monté dans un second desdits conduits pour assurer l'écoulement de l'air dans ladite enceinte; un moyen de filtrage des gaz (42) monté dans le troisième desdits conduits, ledit troisième conduit débouchant dans ladite enceinte; une matrice d'emmagasinage de chaleur (54) montée dans un quatrième desdits conduits,ledit quatrième conduit débouchant-à l'air extérieur, et une soupape (60)montée dans ladite chambre centrale (26) et pouvant être mise en place par rapport auxdits quatre orifices ménagés dans ladite chambre pour établir un premier mode de fonctionnement dans lequel ledit premier conduit est en communication d'écoulement d'air avec ledit quatrième conduit et ledit troisième conduit est en communication d'écoulement d'air avec ledit second conduit, et un second mode de fonctionnement dans lequel ledit premier conduit est en communication d'écoulement d'air avec ledit troisième conduit et ledit quatrième conduit est en communication d'écoulement d'air avec ledit second conduit. 2.Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce qu'il comprend en outre, des moyens d'épuration d'air électroniques disposés dans ledit second conduit. 3.Dispositif pour changer l'air dans une enceinte par de l'air extérieur tout en soumettant l'air contenu dans ladite enceinte à une filtration des gaz, ca- ractérisé en ce qu'il comprend: un boltier (12); un système de canalisations s'étendant à l'intérieur dudit boltier pour ménager une chambre centrale (26) à quatre orifices (24, 32,44,46)chaque orifice commu- niquant avec un orifice (18,38,40,52, respectivement) ménagé dans ledit boltier (12) pour établir quatre conduits d'évacuation d'air; un ventilateur d'évacuation (14) monté dans le premier desdits conduits,pour assurer l'écoulement d'air à partir de ladite enceinte; un ventilateur aspirant d'air (28) monté dans un second desdits conduits pour assurer l'écoulement de l'air dans ladite enceinte; un moyen de traitement de l'air disposé dans un troisième desdits conduits,ce troisième conduit dé- bouchant dans ladite enceinte et ces moyens de traitement de l'air étant choisis parmi le groupe constitué de moyens de filtration des gaz (42) et de moyens d'épuration de l'air électroniques; une matrice d'emmagasinage de chaleur (54)montée dans un quatrième desdits conduits,ledit qua- trième conduit débouchant à l'air extérieur, et une soupape (60)montée dans ladite chambre centrale (26) et pouvant être mise en place par rapport auxdits quatre orifices ménagés dans ladite chambre pour établir un premier mode de fonctionnement dans lequel ledit premier conduit est en communication d'écoulement d'air avec ledit quatrième conduit et ledit troisième conduit est en communication d'écoulement d'air avec ledit second conduit, et un second mode de fonctionnement dans lequel ledit premier conduit est en communication d'écoulement d'air avec ledit troisième conduit et ledit quatrième conduit est en communication d'écoulement d'air avec ledit second conduit.