Brevet FR2831245A1 — publié le 20030425

La présente invention concerne les systèmes d'aération des espaces clos d'habitation, de travail, de loisir, de transport et ceux d'exploitation des plantes et des animaux. Ces espaces clos sont pourvus jusqu'à présent de 3 types différents de systèmes d'aération : - aérations forcées par extraction ou par insufflation d'air. - aérations passives avec deux ouvertures, l'une située près du sol et l'autre en hauteur. - aérations facultatives par ouverture volontaire de fenêtres ou de tout autre dispositif. L'inconvénient des deux premiers types d'aérations est une déperdition de chaleur ou de fraîcheur lorsque la température de l'espace clos est différente de la température extérieure. Pour le troisième type s'ajoute un défaut d'oxygénation si par concentration sur un travail, sur un loisir, ou par incapacité motrice l'aération volontaire n'est pas assez fréquente. (l'incapacité motrice pouvant être due au sommeil, à la maladie ou à toute autre forme d'entrave). L'invention consiste à associer une aération forcée et un échangeur de chaleur de manière à obtenir une aération continue sans déperdition de chaleur ou de fraîcheur. On connaît des échangeurs de chaleur performants (voir par exemple les améliorations apportées par le brevet français n 2. 362.354). Il est possible de trouver dans le commerce des liants peu conducteurs de la chaleur pour assembler les plaques ou les grilles des zones d'échanges thermiques (comme décrit dans le brevet français 2.420. 114). Compte tenu des différences climatiques de température généralement plus faibles que celles rencontrées en milieu industriel, les performances de ces systèmes sont insuffisantes par rapport aux buts recherchés. Les températures inférieures à zéro degré, rencontrées dans de nombreuses zones géographiques ou dans des dispositifs tels que les chambres froides, risquent de provoquer une obturation des ouvertures d'aération par congélation des vapeurs d'eau contenues dans l'air. On sait aujourd'hui que les systèmes de ventilation apportent des risques de contamination par des micros organismes avec des conséquences pour la santé. Les deux points précédents seront pris en considération grâce à des caractéristiques de l'invention. L'objet de l'invention est de réaliser un échangeur de chaleur avec un très haut rendement, efficace même pour des différences de température inférieures à 10 C, non sujet à l'obturation par congélation et dont le nettoyage soit aisé. Comme dans la première invention citée, l'échangeur de chaleur est à contre-courant, constitué avec une alternance de zones de transfert thermique en matériaux bons conducteurs et de zones d'isolement. A travers l'enceinte de l'espace clos qui doit bénéficier du système, au minimum, une ouverture contient les conduits des flux entrants et sortants. Cette ouverture peut être pratiquée à l'intérieur d'un mur (référencés par la lettre"m"sur les figures 1, 6 et 10), ou selon une variante à l'intérieur d'un panneau obturant une ouverture telle qu'une vitre (référencés par les lettres"Vi"sur la figure 5). Il est souhaitable pour les locaux devant obligatoirement présenter deux ouvertures que deux systèmes soient utilisés. Il est indispensable, pour le bon fonctionnement de l'invention en cas Jv de vent, que les deux ouvertures de l'espace clos soient situées sur la même façade (sauf si l'espace clos est lui-même situé dans un espace clos plus grand). L'augmentation du rendement est obtenue en ajoutant plusieurs des procédés suivants : - Augmenter l'anisotropie des échanges thermiques transversaux et longitudinaux du système par ralentissement des flux d'air entrants et sortants, en utilisant des ventilateurs dont l'ouverture est inférieure ou très inférieure à la section efficace des conduits d'air entrants et sortants. - Limiter les échanges thermiques entre l'échangeur de chaleur et son environnement en entourant l'échangeur de parois peu conductrices de la chaleur. Et ceci que l'échangeur soit situé à l'intérieur ou à l'extérieur de l'espace clos. (Ces parois extérieures isolantes sont référencées par des"i"sur les figures) - Augmenter l'anisotropie des échanges thermiques transversaux et longitudinaux du système en raccourcissant les distances d'échanges par une modification de leur géométrie. Les conduits, dans les zones d'échanges thermiques, seront de types fente (voir la figure 3), de types festonnés (figures 9 et 13), ou de type annulaire et festonné (figure 14). Ces conduits sont matérialisés à l'intérieur d'un conduit unique par une séparation (référencée par la lettre"s"sur les figures). Cette séparation est réalisée par une entretoise ou un produit durcissant qui s'intercale entre les grilles, les treillis ou les plaques conductrices perforées qui constituent les zones d'échanges thermiques (référencées par la lettre"c"sur les figures). Les risques de congélation des liquides de condensation sont éliminés en prenant les précautions suivantes : - Placer l'échangeur dans un endroit dont la température est toujours supérieure à zéro. C'est donc l'intérieur de l'espace clos pour un habitacle placé dans une zone climatique froide. Et c'est à l'extérieur de l'espace clos pour une chambre froide. Les conduits de l'échangeur de chaleur sont orientés verticalement ou obliquement de manière que les liquides de condensation s'écoulent par déclivité (un exemple est donné sur les figures 11 et 12 où les conduits font avec la verticale les angles alpha et alpha prime différents de l'angle droit). - Lorsque les conduits sont verticaux les zones d'échanges thermiques sont éventuellement inclinées par rapport à l'horizontal, pour faciliter l'écoulement des liquides de condensation (exemple des grilles"c"sur la figure 1). L'air chargé d'humidité à refroidir devra être pulsé de bas en haut. On inversera si besoin le sens des flux des ventilateurs, pour respecter cette condition. (les ventilateurs d'aspiration sont référencés par les lettres"Va"sur les figures, et les ventilateurs soufflants sont référencés par "Vs". Les ventilateurs"Va"et"Vs"seront donc intervertis si nécessaire.) Au bas de chacun des conduits, un orifice relié à un tuyau permet d'évacuer les liquides de condensation. (Sur les figures la lettre"t"signale ces tuyaux.) Pour le nettoyage deux dispositifs sont prévus : - Pour éviter que des corps étrangers viennent obturer les mailles des zones d'échanges, les ouvertures d'entrée d'air, du côté intérieur et du côté extérieur, sont protégées par une grille dont les mailles sont plus fines que les mailles des zones d'échanges thermiques. Ces grilles sont amovibles pour faciliter leur nettoyage et éventuellement leur débouchage. (ces grilles sont référencées par la lettre"g"sur les figures). Des orifices munis d'un bouchon en haut et en bas de chaque conduit sont destinés à percoler, ou à laisser séjourner un temps suffisant, un liquide de lavage pour neutraliser et éliminer les micros organismes et les poussières qui pourraient s'être posées sur les grilles des zones d'échanges thermiques. (Sur les figures la lettre"o"signale ces orifices fermés par leur bouchon.) Description des planches : - Planche 1 : Dispositif pour une aération de confort dans un local individuel tel qu'une chambre, un bureau, etc.. - Figure 1 : le dispositif en coupe fixé contre la paroi du local. - Figure 2 : le même dispositif vu de face - Figure 3 : la coupe selon AA', du dispositif représenté sur la figure 2 - Figure 4 : le même dispositif dont on a retiré la face avant isolante. - Planche 2 : Variante du dispositif pour une aération de confort dans un local individuel tel qu'une chambre, un bureau, etc. - Figure 5 : Ici le conduit unique précédemment isolé par la paroi est remplacé par deux tuyaux"Ta"et"Ts"entourés de matériaux peu conducteurs de la chaleur. Le tuyau"Ta" aspire l'air à travers la vitre d'une fenêtre ou d'un panneau obturant une ouverture du local. De même le tuyau"Ts"souffle l'air. Dans une variante les tuyaux"Ta"et"Ts" sont réunis dans une même entité. Planche 3 : Deux dispositifs avec brassage de l'air dans un local ou une ventilation forcée est requise tel qu'un atelier dont les émanations peuvent nuire à la santé des personnes qui y travaillent. - Figure 6 : les deux dispositifs en coupe fixés contre la paroi du local. - Figure 7 : le dispositif du haut vu de face - Figure 8 : le dispositif du bas vu de face. Ces deux dispositifs sont identiques, le ventilateur de côté peut être installé soit à gauche, soit à droite, soit sur la face avant. Figure 9 : coupe selon BB'du dispositif représenté sur la figure 7, ou coupe selon CC' du dispositif représenté sur la figure 8. Planche 4 : Deux dispositifs dans un local ou une ventilation passive est requise pour des raisons de sécurité tel qu'une cuisine, un lieu d'aisance, etc. Pour que les conditions de sécurité soient conservées en cas d'arrêt intempestif de la ventilation, tel que panne de courant ou ventilateur hors d'usage, la somme des sections des ouvertures des ventilateurs d'un dispositif doit être égale à la section efficace de l'ouverture de sécurité recommandée par la norme en vigueur. Il s'agit en fait d'une variante des dispositifs précédents (planche 3) qui pourraient convenir en diminuant leur taille et leur puissance. L'intérêt de cette variante est l'aspect esthétique, la forme décrite pouvant se fondre dans des éléments décoratifs imitant des poutres, des plinthes, etc. Figure 10 : les deux dispositifs collés à la paroi, vue en coupe, du local. Figure 11 : coupe du dispositif du haut. Une légère déclivité alpha est mise en oeuvre pour éviter une rétention des liquides de condensation, gênante en cas de risque de gel. - Figure 12 : coupe du dispositif du bas. La déclivité est alpha prime. Les deux dispositifs sont identiques, c'est le choix retenu parmi les emplacements possibles pour fixer les ventilateurs qui les différencient. - Figure 13 : coupe selon DD'du dispositif représenté sur la figure l l, ou coupe selon EE' du dispositif représenté sur la figure 12. - Planche 5, Figure 14 : conduit de type annulaire et festonné vu en coupe. Ce conduit peut remplacer les conduits des dispositifs précédents lorsqu'on désire les mettre en série avec des échangeurs dont les conduits sont concentriques, afin d'augmenter leur rendement. Planche 6 : Dispositif pour une piscine ou un local de traitement des eaux. Si ce local a de grandes dimensions, il est possible de mettre autant de dispositifs que nécessaire. - Figure 15 : coupe du dispositif situé entre le plafond et le sol du local. L'expulsion de l'air n'est pas montrée, elle s'effectue par un orifice à la hauteur, ou à peu près à la hauteur de la ligne'. Une vue de l'extérieur du local dans la direction HH'est représentée en figure 18. - Figure 16 : vue à l'intérieur du local, la face isolante du dispositif est retirée. Un conduit isolé aspire au niveau du plafond l'air riche en vapeur d'eau. Un autre conduit également isolé souffle de l'air au niveau du sol. Dans la variante représentée l'air sort en flux laminaire. Autre variante, ce conduit est muni d'ouvertures en registres. - Figure 17 : coupe selon BB'du dispositif représenté sur la figure 16 montrant la zone d'échange thermique festonnée et le conduit d'aspiration de l'air riche en vapeur d'eau. Dans une variante ce conduit n'a pas de paroi isolante commune avec l'échangeur. - Figure 18 : Vue de l'extérieur du local dans la direction HH'de la figure 15 montrant les deux orifices dans la paroi dont l'un est équipé d'un ventilateur. Dans une variante il peut y avoir un ventilateur à chaque orifice, l'un aspirant et l'autre soufflant. REVENDICATIONS 1) Dispositif d'aération caractérisé en ce qu'il comporte 2 ventilateurs associés à un échangeur de chaleur à contre courant, qu'il est relié à un double orifice dans la paroi d'un espace clos et que l'ensemble du dispositif est isolé thermiquement. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisée en ce que les zones d'échanges thermiques sont du type fente, ou du type festonné, ou de type annulaire festonné. 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisée en ce que les liquides de condensation sont éliminés par déclivité à l'intérieur ou à l'extérieur de l'espace clos selon la présence d'un risque de congélation de ces liquides. 4) Dispositif selon la revendication 1 caractérisée en ce que des grilles amovibles à mailles fines protègent les conduits d'aération des risques de bouchage. 5) Dispositif selon la revendication 1 caractérisée en ce que des orifices fermés sont prévus pour le lavage et la décontamination des conduits de l'échangeur de chaleur. 6) Dispositifs selon la revendication 1 caractérisés en ce qu'ils utilisent les ouvertures de sécurité des espaces clos.