Brevet FR2756040A1 — publié le 19980522

La présente invention concerne des perfectionnements aux batteries de conditionnement d'air utilisées dans les installations de climatisation et de chauffage aérauliques, notamment celles comportant de nombreuses batteries. La présente invention est plus particulièrement applicable aux installations assurant la climatisation de bâtiments importants comprenant un grand nombre de locaux à traiter. Habituellement ces locaux ne possèdent pas tous les mêmes besoins en climatisation, en raison par exemple des nécessités propres à leur fonction ou à leur situation au sein du bâtiment, qui impliquent qu'ils nécessitent pour leur climatisation une puissance thermique plus ou moins importante. Or, une installation de climatisation efficace doit être en mesure d'assurer, dans chacun des locaux, outre la fourniture de la puissance thermique ou frigorifique nécessaire, un soufflage confortable, c'est-à-dire qu'elle doit être en mesure de fournir de l'air à faible vitesse, à une température peu différente de celle de la pièce, et de plus avec un niveau de bruit le plus faible possible. Habituellement la climatisation des différents locaux est assurée à partir d'un système aéraulique centralisé qui est apte à fournir un certain débit d'air à une pression et à une température données. Ce système étant unique pour l'ensemble de l'installation, il n'est donc pas apte à alimenter directement chacun des locaux et l'air qu'il délivre doit subir un traitement spécifique. Ainsi, pour délivrer cet air aux différents locaux, on utilise des batteries de climatisation qui assurent essentiellement deux fonctions, à savoir d'une part un chauffage ou un refroidissement de cet air au moyen d'un système d'échangeur thermique intégré et, d'autre part, un redressement des filets d'air provenant de la centrale, au moyen d'ailettes convenablement orientées. Une difficulté supplémentaire rencontrée dans les installations du type décrit ci-dessus provient de ce que l'on est contraint de délivrer aux locaux à traiter un débit minimal d'air renouvelé, c' est-à-dire provenant directement de la centrale, appelé débit hygiénique, si bien que fournissant un tel débit d'air, on est amené à délivrer, dans certains locaux, une puissance thermique ou frigorifique supérieure aux besoins propres de ceux-ci. Bien entendu, pour pallier cet inconvénient, on peut faire appel à des systèmes de régulation de température. De tels systèmes de régulation peuvent être des systèmes progressifs ou des systèmes fonctionnant en "tout ou rien". Les systèmes progressifs permettent de délivrer aux différents locaux, facilement et de façon continue, la puissance thermique appropriée qui leur est nécessaire. De tels systèmes, s'ils fournissent aux utilisateurs un excellent confort, présentent cependant l'inconvénient d'être onéreux, compliqués mécaniquement et électriquement, et peu résistants, si bien qu'ils nécessitent un entretien quasi permanent. Les systèmes de régulation en tout ou rien, au contraire, présentent l'avantage d'un faible coût, tant en ce qui concerne leur fabrication que leur entretien ultérieur. Ces systèmes de régulation présentent néanmoins l'inconvénient, en raison de leur nature même, de générer des variations brutales et/ou importantes de température, si bien que celles-ci ne sont acceptables par l'utilisateur que lorsqu'elles s'étendent sur des périodes relativement courtes. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités en proposant une batterie de climatisation qui, tout en fournissant un débit d'air hygiénique donné, permet en fonction des besoins énergétiques propres d'un local déterminé, de moduler, de construction, le flux énergétique adapté aux besoins de ce local. Dans la pratique, on connaît des batteries de climatisation qui sont essentiellement constituées d'une enveloppe cylindrique à l'intérieur de laquelle sont logés des enroulements, à savoir un premier enroulement formé de deux parois métalliques entre lesquelles circule un fluide caloporteur, constitué par de l'eau la plupart du temps, si bien qu'il constitue en quelque sorte une "lame d'eau", et au moins un second enroulement qui est disposé entre les spires du premier et qui est constitué d'au moins une paroi métallique ondulée qui assure à la fois le maintien mécanique du premier enroulement, le guidage, au moyen d'ailettes, du flux d'air admis dans la batterie et le transfert thermique entre le fluide caloporteur qui circule dans le premier enroulement et l'air qui traverse la batterie. Afin d'assurer un transfert thermique optimal entre la "lame d'eau" et l'air traversant la batterie, le second enroulement, à savoir l'enroulement ondulé formant les ailettes, est réalisé en un métal dont la conductivité thermique est aussi élevée que possible, à savoir en l'espèce en cuivre. La présente invention se propose d'améliorer ce type d'aménagements pour atteindre le but précité. La présente invention a ainsi pour objet une batterie de climatisation cylindrique comprenant un premier enroulement en spirale formé de deux parois entre lesquelles circule un fluide caloporteur, entre les spires duquel est disposé au moins un second enroulement, ou élément séparateur, caractérisée en ce que le premier enroulement s'étend sur une partie seulement du diamètre de base de la batterie cylindrique et se prolonge audelà par un troisième enroulement constitué d'une paroi simple. La présente invention permet ainsi au concepteur d'une installation de réaliser, de construction, au moment de l'élaboration de celle-ci, des batteries dont la puissance thermique est fonction, pour une puissance thermique amont donnée, du besoin en apport thermique des locaux spécifiques quelles sont destinées à alimenter. Dans un mode de mise en oeuvre de l'invention le premier enroulement s'étend à partir du centre de la batterie vers l'extérieur de celle-ci. L'élément séparateur peut être constitué notamment d'une feuille métallique ondulée ou d'une feuille métallique déformée ponctuellement par des "picots". Dans un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, au moins le second enroulement est réalisé dans un métal dont la conductivité thermique est relativement faible, tel que notamment de l'acier. Dans une variante de mise en oeuvre de l'invention, l'élément séparateur est constitué d'une feuille métallique ondulée dans laquelle les ondulations sont interrompues à intervalle régulier, de façon à produire, à ces emplacements, des changements de direction et des divisions des filets d'air qui traversent la batterie, ce qui présente l'avantage d'augmenter l'échange thermique par rapport à des ondulations continues, depuis l'entrée jusqu'à la sortie de l'air. Suivant l'invention, il est ainsi possible de faire varier la puissance spécifique de 0 à 130% de celle que possède une batterie classique avec élément séparateur ondulé. On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel: La figure 1 est une vue en section droite transversale d'une batterie de climatisation suivant l'état antérieur de la technique. La figure 2 est une vue en section droite transversale d'un mode de mise en oeuvre d'une batterie de climatisation suivant l'invention. On a représenté sur la figure 1 une batterie de l'état antérieur de la technique qui est essentiellement constituée d'une enveloppe tubulaire 1' de diamètre D, à l'intérieur de laquelle est disposé un premier enroulement 2' formé d'une double paroi métallique enroulée à partir du centre de la batterie à l'intérieur de laquelle on fait circuler un fluide caloporteur, constitué généralement par de liteau, et d'un second enroulement métallique 3', ou élément intercalaire, qui est ondulé et qui est disposé entre les spires du premier enroulement 2', de façon à assurer leur maintien mécanique. Ce second enroulement 3' assure non seulement le maintien mécanique du premier enroulement 2', mais assure également le guidage des filets d'air à l'intérieur de la batterie ainsi que le transfert thermique de la "lame d'eau" formée par l'enroulement 2' avec l'air soufflé au travers de la batterie. Afin d'assurer un transfert énergétique optimal on donne habituellement au second enroulement 3' une conductibilité thermique maximale en le réalisant notamment en cuivre. Bien que, dans le mode de mise en oeuvre décrit précédemment, le second enroulement métallique 3', ou élément intercalaire, est constitué d'un enroulement unique, on connaît également dans des batteries du type précité, des éléments intercalaires formés de plusieurs enroulements. La batterie suivant la présente invention a pour but de transmettre à l'air à traiter qui la traverse une puissance calorifique qui, pour des paramètres donnés en amont de la batterie, c'est-à-dire notamment le diamètre D de la batterie, la pression et la température de l'air et la température du fluide caloporteur, est contrôlée, de construction. Il est ainsi possible d'ajuster, pour chaque local d'un bâtiment, la puissance calorifique spécifique qui est rigoureusement adaptée à ses besoins. Comme représenté sur la figure 2, la batterie suivant l'invention est constituée d'une enveloppe tubulaire 1, de diamètre D identique à celui de la batterie de la figure 1, d'un noyau central de diamètre b et d'une partie périphérique. Le noyau central est d'une constitution identique à celle de la batterie selon l'état antérieur de la technique décrite précédemment, c'est-à-dire qu'il est formé de deux types d'enroulements à savoir un premier enroulement 2 formé de deux parois entre lesquelles circule un liquide caloporteur tel que de l'eau, et qui forme ainsi une lame d'eau, et un second enroulement 3 ou élément séparateur, de forme ondulée qui constitue des ailettes et qui assure les mêmes fonctions que celles de la réalisation de la figure 1. La partie périphérique quant à elle s'étend autour du noyau et est formée d'un troisième enroulement 5, qui s'étend dans le prolongement du premier et qui est constitué d'une paroi métallique simple enroulée dont les spires sont maintenues, comme dans le cas du noyau, par une prolongation de la paroi métallique ondulée 3, et qui assure le guidage des filets d'air à l'intérieur de la batterie. En faisant varier, de construction, le rapport existant entre la longueur de la "lame d'eau", c'est-à-dire celle du premier enroulement 2 et celle du troisième enroulement 5, il est ainsi possible, à partir des mêmes paramètres techniques d'alimentation en air et en eau, d'obtenir des batteries possédant des puissances thermiques différentes. Par exemple, dans le cas d'une installation de climatisation centralisée, on souhaite assurer la climatisation de divers locaux qui nécessitent des puissances calorifiques très différentes, en raison d'une part de leurs diverses fonctions spécifiques et, d'autre part, en raison de leurs expositions différentes. On prendra en considération à titre d'exemple deux de ces locaux Le premier local nécessite une puissance calorifique de 2.200 w. On utilise pour son chauffage, une batterie agencée suivant l'état antérieur de la technique, du type de celle décrite en regard de la figure 1, qui possède un diamètre externe D de 160 mm et une longueur de "lame d'eau" (ctest-à- dire du premier enroulement 2') de 640 mm. Entre les spires du premier enroulement 2', on a disposé un second enroulement 3' ou élément intercalaire, de 18 mm de hauteur. Un tel élément, lorsqu'il est alimenté par un flux d'air à 16"C sous une pression de 65 Pa, et que le fluide caloporteur fourni à la batterie est à une température de 850C, produit une puissance calorifique de 2.400 W, ce qui est proche de la puissance nécessitée dans ce local. Le second local quant à lui nécessite une puissance calorifique plus faible, qui est de l'ordre de 1.200 W. La présente invention permet de réaliser une batterie qui, dans les conditions de fonctionnement précitées, sera en mesure de fournir une puissance calorifique proche de celle souhaitée. Pour ce faire, cette batterie qui, comme la batterie précédente, a un diamètre externe D de 160 mm possède une "lame d'eau", ou premier enroulement 2 de plus faible longueur, à savoir en l'espèce 400 mm. Le premier enroulement 2 de cette batterie est prolongé par un troisième enroulement 5, constitué d'une feuille simple en acier, le second enroulement 3, ou élément séparateur, est ondulé et est constitué par une feuille d'acier de 18 mm de hauteur comme précédemment. Dans les mêmes conditions d'alimentation en air et en eau que précédemment on a constaté qu'une telle batterie fournissait une puissance calorifique de 1.400 W. On constate ainsi que la présente invention permet, par le réglage de la longueur de la "lame de fluide caloporteur", d'ajuster la puissance thermique fournie par la batterie. Bien entendu, bien que dans la plupart des cas le fluide caloporteur soit constitué par un liquide et notamment de l'eau, on peut également suivant l'invention faire appel à un fluide caloporteur constitué d'un gaz et notamment par de la vapeur d'eau. On peut encore améliorer l'adaptation de la batterie de climatisation suivant l'invention en diminuant la capacité de transfert calorifique des ailettes destinées à transférer la puissance thermique fournie par l'enroulement caloporteur. A l'opposé des batteries de climatisation pour lesquelles on essaie d'avoir un transfert de puissance thermique aussi élevé que possible (minimisation des pertes) on choisira, pour réaliser le second enroulement formant les ailettes de transfert thermique, un métal dont la conductivité thermique est relativement faible. Ce second enroulement devant par ailleurs être constitué à partir d'une feuille mince, le métal utilisé devra posséder une bonne résistance mécanique et l'on utilisera ainsi favorablement de l'acier et notamment de l'acier inoxydable et, plus particulièrement, de l'acier inoxydable de type 316L. On pourra bien entendu réaliser en métal "faiblement conducteur" thermiquement la totalité du second enroulement, ou élément séparateur, formant ailettes, ce qui permet de réaliser des économies substantielles sur le coût de la matière utilisée. On pourra également bien entendu, en fonction des résultats souhaités et du cahier des charges imposé au concepteur d'une installation, ne réaliser en métal faiblement conducteur thermiquement que le noyau de la batterie. On pourrait bien entendu utiliser en tant qu'élément séparateur une plaque métallique, comportant de part et d'autre des éléments de séparation pouvant être constitués notamment par des feuilles métalliques ondulées, ou des déformations du métal ponctuelles formant des picots. Dans un mode de mise en oeuvre de l'invention, ltélément séparateur peut être constitué d'une feuille métallique ondulée dans laquelle les ondulations sont interrompues à intervalle régulier de façon à produire à ces emplacements des changements de direction et des divisions des filets d'air, de manière à augmenter l'échange thermique par rapport à des ondulations continues depuis l'entrée jusqu'à la sortie de l'air. L'ensemble de ces mises en oeuvre a pour but de faire varier la puissance spécifique de 0 à 130% de celle que possède une batterie avec élément séparateur ondulé. Afin d'améliorer les échanges thermiques entre l'air et les parois d'échange, au moins le second enroulement peut être réalisé à partir d'un ou plusieurs éléments métalliques ondulés dont les ondulations comportent des déformations locales. REVENDICATIONS 1.- Batterie de climatisation cylindrique comprenant un premier enroulement en spirale (2) formé de deux parois entre lesquelles circule un fluide caloporteur, entre les spires duquel est disposé au moins un second enroulement (3), ou élément séparateur, caractérisée en ce que le premier enroulement (2) s'étend sur une partie seulement du diamètre de base (D) de la batterie cylindrique et se prolonge au-delà par un troisième enroulement (5) constitué d'une paroi simple. 2. - Batterie suivant la revendication 1 caractérisée en ce que l'élément séparateur est constitué d'une feuille métallique ondulée (3) 3. - Batterie suivant la revendication 1 caractérisée en ce que l'élément séparateur (3) est constitué d'une feuille métallique comportant des déformations ponctuelles formant des picots. 4.- Batterie suivant l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que le premier enroulement (2) s'étend à partir du centre de la batterie vers l'extérieur de celle-ci. 5.- Batterie suivant l'une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'au moins le second enroulement (3) est réalisé dans un métal dont la conductivité thermique est relativement faible, tel que notamment de l'acier. 6.- Batterie suivant l'une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'au moins le second enroulement (3) est réalisé à partir d'un ou plusieurs éléments métalliques ondulés dont les ondulations comportent des déformations locales destinées à améliorer les échanges thermiques entre l'air et les parois d'échange. 7.- Batterie suivant l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que l'élément séparateur (3) est constitué d'une feuille métallique ondulée dont les ondulations sont interrompues à intervalle régulier, de façon à créer un passage entre les deux côtés de ladite feuille. 8.- Batterie suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que au moins le troisième enroulement (5) est constitué d'un matériau de faible conductivité thermique. 9.- Batterie suivant la revendications 8 caractérisée en ce que ledit matériau est un matériau non métallique et notamment une matière plastique.