Brevet FR3090827A1 — publié le 20200626

Description Titre de l'invention : GAINE D'AERATION [0001] La présente invention concerne le domaine des gaines d'aération de locaux à présence humaine ou animale. Dans de tels locaux, l'air est renouvelé fréquemment pour assurer un air ambiant de qualité. [0002] Certaines applications prévoient un chauffage par l'air d'aération. Pour des raisons de confort et de sécurité, la différence de température entre l'air ambiant et l'air introduit plus chaud que l'air ambiant est un paramètre significatif. Dans une application avec refroidissement par l'air d'aération, la différence de température entre l'air ambiant et l'air introduit plus froid que l'air ambiant. est un paramètre significatif. Des phénomènes de condensation peuvent aussi se produire. [0003] D'un autre point de vue, une faible différence de température entre l'air ambiant et l'air introduit demande de forts débits d'air. Or la vitesse d'écoulement est limitée pour éviter les turbulences nuisibles au débit et génératrices de pertes énergétiques importantes. Par ailleurs, le diamètre de la gaine est limité par les contraintes d'encombrement au sein du bâtiment, de masse à supporter par la structure du bâtiment, de masse de chaque pièce à manipuler et à assembler, de gabarit de transport et de machine de fabrication. [0004] Il existe un besoin de puissance calorifique/frigorifique, surfacique ou volumique, élevée avec une différence de température maîtrisée et une vitesse d'air ambiant dans le bâtiment maîtrisée. [0005] Dans de telles applications, on cherche à apporter ou prélever une énergie thermique élevée dans un volume réduit. Ces exigences sont très difficiles à satisfaire simultanément. [0006] La Demanderesse a mis au point une gaine d'aération permettant une puissance thermique élevée pour un diamètre de gaine, un différentiel de température faible en dehors de la gaine et un différentiel de température élevé à l'intérieur de la gaine. [0007] La gaine d'aération de locaux à présence humaine ou animale, comprend une extrémité amont, une extrémité aval, une conduite tubulaire s'étendant entre les extrémités amont et aval, pourvue d'une paroi étanche et d'au moins une prise d'air ambiant, et un organe passif mélangeur pour mélanger l'air provenant de l'extrémité amont ouverte et l'air provenant de la prise d'air ambiant. L'organe passif mélangeur est contenu dans la paroi de la conduite tubulaire. [0008] La gaine est configurée pour aspirer de l'air ambiant autour de la gaine, le mélanger avec l'air amont pour générer un air aval de température intermédiaire entre Vair ambiant et l'air amont. L'air aval présente un débit supérieur au débit d'air amont. Le diamètre de la gaine aspiratrice-mélangeuse passive peut être égal au diamètre des 2 tronçons de gaine amont et/ou aval. La gaine peut être disposée immédiatement en amont de gaines de répartition dudit air aval. [0009] Dans un mode de réalisation, l'organe passif mélangeur s'étend sur une longueur comprise entre 1 et 2 mètres à l'opposé de l'extrémité aval. La longueur de la gaine d'aération rend sa manipulation et son transport aisés. [0010] Dans un mode de réalisation, l'organe passif mélangeur comprend une zone convergente présentant une extrémité de grand diamètre ajustée de manière étanche à l'intérieur de la conduite tubulaire du côté de l'extrémité amont ouverte, une zone cylindrique et une zone divergente présentant une extrémité de grand diamètre ajustée de manière étanche à l'intérieur de la conduite tubulaire du côté de l'extrémité aval ouverte, la zone cylindrique étant disposée entre la zone convergente et la zone divergente, des perforations étant ménagées dans la zone cylindrique. L'organe passif mélangeur forme un venturi aspirant l'air situé autour de la zone cylindrique. L'organe passif mélangeur consiste en des pièces mécaniques stationnaires. L'organe passif mélangeur est réalisé en tôle pliée. La gaine s'accommode d'airs à mélanger présentant de fortes différences de température, notamment supérieures à 8°C, préférablement supérieures à 15 °C. [0011] Dans un mode de réalisation, la zone convergente et la zone divergente présentent des parois pleines. La fabrication est économique et les zones convergente et divergente présentent une rigidité satisfaisante. [0012] Dans un mode de réalisation, les perforations sont orientées perpendiculairement à l'axe de la zone cylindrique. L'obtention des perforations est simple et les variations de géométrie sont très faibles. [0013] Dans un mode de réalisation, laquelle l'organe passif mélangeur est réalisé en deux parties. Une première partie comprend une zone convergente présentant une extrémité de grand diamètre ajustée à l'intérieur de la conduite tubulaire du côté de l'extrémité amont ouverte, et une première zone cylindrique. Une deuxième partie comprend une zone divergente présentant une extrémité de grand diamètre ajustée à l'intérieur de la conduite tubulaire du côté de l'extrémité aval ouverte, et une deuxième zone cylindrique. Les première et deuxième zones cylindriques sont assemblées. Des perforations sont ménagées clans au moins une zone cylindrique. La zone cylindrique bénéficie de la rigidité des zones convergente et divergente. [0014] Dans un mode de réalisation, la première partie comprend un premier collet dirigé vers l'extérieur à partir de l'extrémité de la première zone cylindrique opposée à la zone convergente et la deuxième partie comprend un deuxième collet dirigé vers l'extérieur à partir de l'extrémité de la deuxième zone cylindrique opposée à la zone divergente, les premier et deuxième collets étant assemblés par un cerclage à section en U à concavité dirigée vers l'intérieur. La première partie et la deuxième partie sont as- 3 semblées à froid, d'où une conservation du traitement et/ou revêtement de surface de la première partie et de la deuxième partie. [0015] Dans un mode de réalisation, la première partie et la deuxième partie sont chacune formées de tôle sans apport d'autre matière et la première partie et la deuxième partie sont identiques. Les risques d'erreur au montage sont réduits. [0016] Dans un mode de réalisation, la zone convergente présente une pente de 50 à 70° par rapport à l'axe. [0017] Dans un mode de réalisation, la zone divergente présente une pente de 10 à 20° par rapport à l'axe. [0018] Dans un mode de réalisation, la conduite tubulaire présente une forme de cylindre de révolution. Les pertes de charge sont faibles. [0019] Dans un mode de réalisation, ladite prise d'air comprend une pluralité d'ouvertures ménagées dans la conduite tubulaire. Lesdites ouvertures peuvent être formées sur une ou plusieurs rangées. La prise d'air peut être disposée à proximité de l'extrémité amont de la gaine. Lesdites ouvertures peuvent être entourées par un bord de la conduite tuhulaire présentant un enfoncement du côté de l'extrémité amont de la conduite tuhulaire. Lesdites ouvertures peuvent être rectangulaires. Les pertes de charge à l'aspiration de l'air vers l'intérieur de la conduite tubulaire sont faibles. La conduite tuhulaire est dépourvue d'aspérité vers l'extérieur. [0020] Dans un mode de réalisation, l'organe passif mélangeur comprend un collet amont et un collet aval en contact respectivement avec un collet amont de la conduite tubulaire et un collet aval de la conduite tubulaire. L'organe passif mélangeur est fixé à la conduite tubulaire à leurs extrémités. L'organe passif mélangeur est fixé par concordance de collets. [0021] Dans un mode de réalisation, l'installation de ventilation comprend une gaine telle que ci-dessus, disposée verticalement, ladite extrémité aval en bas. L'installation de la gaine en position verticale est aisée. [0022] Dans un mode de réalisation, l'installation de ventilation comprend une gaine telle que ci-dessus, à taux de mélange air recyclé/air frais compris entre plus de 0 et 30%. On peut injecter en extrémité amont de l'air présentant une forte différence de température par rapport à l'air ambiant. Dans la plupart des installations de refroidissement antérieurement en service, l'air de refroidissement est introduit avec une température de 14 à 16°C, le taux de mélange est de l'ordre de 5 à 30% et la vitesse de soufflage de l'ordre de 4,5 à 10 m/s en entrée de la gaine d'aération. [0023] Dans un mode de réalisation, l'air de refroidissement est introduit avec une tem- pérature de 7 à 9°C, la vitesse de soufflage de l'ordre de 4,5 à 10 m/s en entrée de la gaine d'aération. [0024] Dans un mode de réalisation, l'installation de ventilation comprend une gaine telle que ci-dessus, installée dans une allée entre des espaces de vie d'animaux, ladite allée présentant une largeur inférieure à 5 m, préférablement inférieure ou égale à 4,3 m. Les animaux peuvent présenter un dégagement d'énergie supérieur à 1 kW/m2 au sol, plus particulièrement supérieur à 3 kW/m2 au sol, voire supérieur à 6 kW/m2 au sol. [0025] Dans un mode de réalisation, l'installation de ventilation comprend une gaine telle que ci-dessus et un générateur d'air chaud de température supérieure à 35°C alimentant la gaine. [0026] Dans un mode de réalisation, l'installation de ventilation comprend une gaine telle que ci-dessus et un générateur d'air froid de température inférieure à 10°C alimentant la gaine. [0027] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels : [0028] [fig.1] la figure 1 illustre de façon schématique en coupe une gaine d'aération selon un aspect de l'invention, [0029] [fig.2] la figure 2 illustre de façon schématique dans une vue de côté en élévation, l'organe passif mélangeur d'une gaine d'aération selon un aspect de l'invention lors du montage, [0030] [fig.3] la figure 3 illustre de façon schématique, dans une vue de côté en élévation, une gaine d'aération selon un aspect de l'invention lors du montage, [0031] [fig.4] la figure 4 illustre de façon schématique, dans une vue de côté en élévation, une installation de ventilation selon un aspect de l'invention lors du montage. [0032] Les dessins annexés pourront non seulement servir à compléter l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant. [0033] Dans des bâtiments à très forts taux d'occupation, l'aération devient de plus en plus difficile. Dans des solutions antérieures, il a été proposé d'ajuster des aires d'ouverture de gaine après le montage du système d'aération. Ceci conduit à des surdimensionnements coûteux, consommateurs d'énergie et encombrants, sans garantir un fonctionnement satisfaisant. [0034] Dans le domaine de l'élevage de petits animaux, la puissance thermique rapportée au mètre cané ou au mètre cube sont très élevées, tant en chauffage qu'en climatisation. Une approximation de dimensionnement ne peut pas être tolérée. Par ailleurs, il est souhaitable que l'encombrement des gaines d'aération soit le plus réduit possible. [0035] Dans un mode de réalisation, une gaine d'aération 1 de locaux à présence humaine ou animale, comprend une extrémité amont 2, une extrémité aval 3, et une conduite tubulaire 4 s'étendant entre les extrémités amont et aval. La gaine d'aération 1 présente, de manière générale, un axe de symétrie. Les extrémités amont et aval sont ouvertes pour être reliées fluidiquement à des gaines amont et aval. La conduite tubulaire 4 est pourvue d'une paroi étanche et d'au moins une prise d'air ambiant 5. [0036] La prise d'air ambiant 5 est formée par au moins un perçage dans la paroi étanche de la conduite tubulaire 4. La prise d'air ambiant 5 n'est pas axisymétriquc. Sur les figures, la prise d'air ambiant 5 comprend des perçages 13 disposés en matrice. Il est prévu sept colonnes de quatre perçages 13. Chaque perçage 13 est de forme rectangulaire allongée le long de l'axe de la conduite tubulaire 4. [0037] Avantageusement, les bords de chaque perçage 13 sont déformés par rapport à l'enveloppe de la conduite tubulaire 4. Le bord amont peut être enfoncé vers l'intérieur. Le bord aval 23 peut être bombé vers l'extérieur dans la mesure où l'encombrement général le permet. Les bords longitudinaux forment jonction entre le bord amont et le bord aval. [0038] La gaine d'aération 1 comprend un organe passif mélangeur 6 pour mélanger l'air provenant de l'extrémité amont ouverte et l'air provenant de la prise d'air ambiant 5. L'organe passif mélangeur 6 est contenu dans la paroi de la conduite tubulaire 4. L'organe passif mélangeur 6 est prévu à encombrement constant de la gaine d'aération 1. En d'autres termes, la gaine d'aération 1 présente le même encombrement qu'une gaine simple consistant en une conduite tubulaire 4. L'organe passif mélangeur 6 est passif, en ce sens qu'il est dépourvu de pièce en mouvement. L'organe passif mélangeur 6 est statique. [0039] L'organe passif mélangeur 6 comprend, de l'amont vers l'aval, une collerette axiale 14 de grand diamètre, une zone convergente 7 formée par un tronc de cône, une zone cylindrique 9, une zone divergente 8 formée par un tronc de cône, et une collerette axiale 15 de grand diamètre. Les collerettes 14 et 15 sont de mêmes formes. Ici les collerettes 14 et 15 sont tubulaires et de diamètre adapté à l'alésage de la conduite tubulaire 4 pour montage serré dans la conduite tubulaire 4. [0040] Optionnellement, un collet ou rebord radial dirigé vers l'extérieur peut être formé à l'extrémité de la collerette 14, 15 opposée au tronc de cône adjacent. Le rebord radial peut être pincé entre une extrémité aval d'une gaine d'aération 1 et une extrémité amont d'une gaine d'aération 1 subséquente. [0041] Le tronc de cône convergent 7 présente un angle compris entre 50 et 70°, par exemple environ 60°, par rapport à l'axe de la conduite tubulaire 4. Le tronc de cône divergent 8 présente un angle compris entre 10 et 20°, par exemple environ 15°, par rapport à l'axe de la conduite tubulaire 4 Le tronc de cône convergent 7 et tronc de cône divergent 8 présentent des grands diamètres égaux et des petits diamètres égaux. [0042] La zone cylindrique 9 est cylindrique de révolution. La longueur de la zone cy- lindrique 9 est inférieure à la longueur du tronc de cône convergent 7. La longueur de la zone cylindrique 9 est comprise entre 6 et 50% du diamètre de la zone cylindrique 9. Le diamètre de la zone cylindrique 9 est compris entre 70 et 80% du diamètre de la conduite tubulaire 4. Dans la zone cylindrique 9 sont ménagés des perforations 10. Les 6 perforations 10 sont disposées de manière alignées circulairement. Les perforations 10 sont de forme ronde ou oblongue. [0043] Dans le mode illustré sur la figure 2, l'organe passif mélangeur 6 est réalisé en deux parties. Une première partie 11 comprend la collerette 14 amont de grand diamètre, le tronc de cône convergent 7 et une collerette de petit diamètre 19 formant environ la moitié de la zone cylindrique 9. Une deuxième partie 12 comprend une collerette de petit diamètre 29 formant environ la moitié de la zone cylindrique 9, le tronc de cône divergent 8 et la collerette 15 aval de grand diamètre. Les perforations 10 sont ménagées dans la collerette de petit diamètre de la deuxième partie 12. Les collerettes de petit diamètre 19, 29 peuvent présenter une dimension axiale de quelques centi mètres. [0044] Les collerettes de petit diamètre 19, 29 sont assemblées par cerclage. Pour stabiliser le cerclage, la première partie 11 de l'organe passif mélangeur 6 peut être pourvue d'un rebord radial vers l'extérieur, s'étendant sur quelques millimètres et la deuxième partie de l'organe passif mélangeur 6 peut être pourvue d'un rebord radial vers l'extérieur, s'étendant sur quelques millimètres. Le cercle 20 de cerclage présente alors une forme adaptée, par exemple en oméga « Q ». [0045] Comme illustré sur la figure 2, les diamètres des collerettes de petit diamètre sont identiques de manière à les présenter bout à bout en contact pour le cerclage. [0046] La conduite tubulaire 4 et l'organe passif mélangeur 6 sont réalisés en tôle, d'acier galvanisé, d'inox ou d'alliage d'aluminium. [0047] Une chambre d'aspiration 16 est formée entre la conduite tubulaire 4, d'une part, et le tronc de cône convergent 7, la zone cylindrique 9 et le tronc de cône divergent 8, d'autre part. La chambre d'aspiration 16 est annulaire. La chambre d'aspiration 16 présente une paroi intérieure formée par l'organe passif mélangeur 6 et une paroi extérieure formée par une portion de la conduite tubulaire 4. La prise d'air ambiant 5 est formée dans ladite portion de la conduite tubulaire 4. [0048] En fonctionnement, de l'air primaire soufflé entre par l'extrémité amont de la gaine d'aération 1, voit sa section d'écoulement restreinte par l'organe passif mélangeur 6 avec une zone de haute pression au droit du tronc de cône convergent 7 et une zone de basse pression au droit de la zone cylindrique 9. La basse pression génère une aspiration par les perforations 10 de la zone cylindrique 9, l'air aspiré provient de la chambre d'aspiration 16. Ladite aspiration provoque une entrée d'air ambiant dans la chambre d'aspiration 16 par la prise d'air ambiant 5. A l'intérieur de la zone cylindrique 9, se produit un mélange entre l'air aspiré et l'air primaire soufflé. Le taux de mélange peut être compris entre plus de 0 et 30%. [0049] Comme représenté sur les figures 3 et 4, une gaine d'aération 1 telle que décrite ci- dessus, est couplée avec d'autres gaines pour former une installation de ventilation. En 7 général, la gaine d'aération 1 est disposée verticalement, l'extrémité aval en bas. La gaine d'aération 1 et une autre gaine sont couplées par cerclage. Sur la figure 3, le cerclage est déjà monté sur l'extrémité inférieure de la gaine d'aération 1. L'autre gaine est approchée par un mouvement ascendant. Après mise en contact des extrémités de la gaine d'aération 1 et de l'autre gaine, le cercle 20 de cerclage est resserré par rotation d'un écrou 24 de cerclage. [0050] Dans le mode de réalisation de la figure 4, la gaine d'aération 1 reçoit en aval une gaine ordinaire étanche 30 laquelle reçoit en aval une gaine perforée de répartition d'air 40 identique à la précédente. Chaque gaine perforée de répartition d'air 40 est munie d'une conduite tubulaire 4 simple. Les perforations 10 sont réparties pour favoriser le mélange d'air dans l'atmosphère ambiante du lieu où se trouve la gaine perforée de répartition d'air 40. Le nombre de gaines ordinaires étanches 30 est adapté à la configuration des lieux à ventiler. Les gaines ordinaires étanches 30, qu'elles soient montées en amont ou en aval, servent de liaison entre une soufflante et une gaine d'aération 1, entre une gaine d'aération 1 et une ou des gaines perforées de répartition d'air 40. Le nombre de gaines perforées de répartition d'air 40 dépend du volume du bâtiment, de la température à atteindre et de l'énergie à transférer. [0051] La gaine d'aération 1 peut générer, en fonction de la vitesse de l'air, un taux de mélange air recyclé/air frais compris entre plus de 0 et 30%. [0052] La gaine d'aération 1 est adaptée à des bâtiments compacts et peut être installée dans une allée entre des espaces de vie d'animaux, notamment à fort dégagement de chaleur. Ladite allée peut présenter une largeur inférieure à 5 m, préférablement inférieure ou égale à 4,3 m. [0053] La gaine d'aération 1 peut être alimentée par un générateur d'air chaud de tem- pérature supérieure à 35°C et/ou un générateur d'air froid de température inférieure à 10°C. [0054] A titre d'exemple, la longueur des gaines peut être de 2000 mm pour un diamètre de 1600 mm, un diamètre de zone cylindrique de 1200 mm et une longueur de zone cylindrique comprise entre 80 et 600 mm. 8