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Appareil d'équilibrage thermique applicable notamment aux systèmes de climatisation, de l'air dans les locaux ou autres enceintes.
La présente invention concerne les systèmes de climatisa- tion, autrement dit de conditionnement de l'air qu'elle se propose de perfectionner et a pour objet un appareil de conception nou- velle, capable de maintenir dans un local ou plus généralement une enceinte des conditions d'atmosphère convenables.
Cet appareil formant ce qu'on peut appeler un thermo-équili- breur a été spécialement conçu pour maintenir l'atmosphère d'un local ou espace dans les conditions appropriées en tirant parti , de la différence de température entre le sol situé au-dessous de la surface occupée par lui et l'atmosphère, en particulier de la température du sol à une profondeur plus grande que celle où la
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gelée se manifeste.
Dans les dessins schématiques annexés : : - La- fig. 1 est une vue de l'ensemble de l'appareil compor- tant les particularités de l'invention.
La fig. 2 est un schéma du circuit électrique de commande de cet appareil.
L'appareil ici représenté est destiné à une installation de climatisation d'air étudiée en vue de la circulation d'un réfrigérant liquide qui peut être avantageusement celui qui se trouve communément dans le commerce aux Etats'Unis d'Amérique et qui y est désigné par la référence F - 22, ce réfrigérant parcourant des serpentins appropriés et étant évaporé sous l'action d'un compresseur actionné par n'importe quel mécanisme convenable.
Le système représenté comprend un compresseur 1 actionné par un moteur approprié .2 qui peut être un moteur électrique.
Quand ce compresseur 1 est utilisé pour chauffer l'atmosphère' d'un local, il refoule le gaz réfrigérant qui est comprimé de- dans par des conduits 3 et sa'vers des condenseurs convenables 4 et 5 formant en fait un condenseur unique. Dans cette hypothèse où l'appareil est utilisé 'pour chauffer un local, l'écoulement du réfrigérant est indiqué par les flèches dessinées en traits pleins. Le 'réfrigérant qui, dans les condenseurs 4 et 5,. est devenu liquide ou presque liquide s'écoule par des conduits 6 pour gagner un bac récepteur 7 qui l'envoie à son tour par l'intermédiaire d'un déshydrateur 8 et d'un conduit 9 à plusieurs évaporateurs 10, 11 et 12 qui sont ici au nombre de ,trois par exemple.
Ces évaporateurs sont reliés, de préférence, en parallè-
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le avec le-conduit 9 grâce à des conduits de, branchement conve- nables 13, 14 et 15 dans chacun desquels se trouve, à l'entrée du serpentin, une 'vanne de détente ou d'expansion automatique , 16 à fonctionnement thermostatique.
Les vannes de ce genre sont bien connues dans l'industrie et peuvent appartenir soit au type automatique à pression constante, soit au type thermosta- tique,- soit à n'importe quel autre typefonctionnant par dé- tente ou expansion* \
Les serpentins 10, 11 et 12 formant évaporateurs sont constitués, de préférence, par du tube en cuivre ayant un ca- libre approximatif de 18 mm, et comportant des barres trans- versales 17 placées en travers de ces serpentins et soudées ou autrement fixées à eux, de manière à augmenter l'étendue de leur paroi d'échange thermique et par conséquent leur conducti- bilité.
Des expériences pratiques ont permis de vérifier qu'il y a avantage, pour chauffer une habitation comprenant cinq ou six chambres, à prévoir des serpentins représentant approximati- vement 150 m. de longueur , et qu'il y a également avantage à enfouir, ces 'serpentins dans le sol à différents niveaux. C'est ainsi, par exemple, qu'on peut enfouir le serpentin 10 qui peut être constitué par un tube de cuivre mesurant environ 30 m. de longueur à une prof ondue d'environ 1 m. 35. Le serpentin 11 peut être formé de deux éléments séparés dont chacun soit cons- titué par un tube de cuivre' mesurant environ 30 m. de longueur et enfouis respectivement à 90 cm. et à 1 m. 20 de profondeur dans le sol.
De même, le serpentin 12 peut être constitué par deux jeux d'éléments formés de tube de cuivre ayant un calibre a.pproxi-
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matif de 18 mm,, chaque serpentin étant f ormé d' environ 15 m. de longueur de tube, les éléments,respectifs de ce serpentin étant enfouis dans le sol à des profondeurs de 1 m, 50 et 1 m.80.
Les extrémités opposées des serpentins sont raccordées à un conduit de retour 18 relié à l'ouïe d'admission du compres- seur 1 par un conduit 18a . La description qui précède suppose que la circulation du réfrigérant s'opère en vue d'échauffer l'atmosphère du local et plus généralement de l'enceinte à climatiser.
Les condenseurs 4 et 5 sont logés dans une enceinte con- venable qui entoure les serpentins et qui est munie d'une part, d'une baie ou manche d'admission d'air 19 dans laquelle est monté un ventilateur soufflant 20 et, d'autre part, d'une manche d'échappement d'air 21 aboutissant par l'intermédiaire de conduits convenables au local ou aux locaux dans lesquels l'air doit être clinatisé,
Les serpentins 10, 11 et 12 formant évaporateurs sont enfouis dans le sol comme il a été dit, de préférence à une profondeur les mettant hors d'atteinte de la gelée; ils sont donc en contact physique intime avec le sol.
Il en résulte que, pendant le fonctionnement du système, le réfrigérant est amené par ces serpentins condenseurs, sous une forme plus ou moins liquide, au déshydrateur 8 qu'il doit traverser et dont le .rôle est de débarrasser le réfrigérant de l'humidité qui peut sty trouver pour gagner ensuite le bac récepteur 7 ayant une capa- cité lui permettant deconstituer toujours une réserve de ré- frigérant appropriée pour l'alimentation des serpentins évapo- rateurs 10, 11 et 12.
Lorsque le réfrigérant liquide traverse '
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chaque vanne d'expansion 16 et le serpentin correspondant 10,11 ou 12, le réfrigérant se dilate et, pendant son expansion et sa traversée des serpentins, il absorbe la chaleur provenant de . la partie du sol qui est en contact avec les serpentins, et revient ensuite au compresseur après avoir absorbé la chaleur sensible du sol.
Au cours de son passage à travers le compres- seur, une quantité de chaleur supplémentaire est fournie au réfrigérant,par sa compression, de sorte qu'au moment où le réfrigérant gagne les condenseurs, il contient une notable quantité de' chaleur. Au. cours de son passage à travers les con- denseurs'4 et 5 qui sont balayés par l'air soufflé transversa- lement à eux, cet air absorbe la chaleur provenant du réfri- gérant, ce qui a pour résultat de le refroidir et de le conden- ser.
Au cours de ce processus,, le réfrigérant cède sa chaleur à l'air qui est soufflé transversalement aux condenseurs, et cet air peut être envoyé dans les espaces à chauffer. L'ouïe 'd'admission d'à.ir frais au coffre d'échange thermique peut être reliée aux tubulures d'admission d'air frais du local ou des locaux à climatiser ainsi qu'à une manche d'entrée d'air frais puisée à l'atmosphère extérieure, si le 'besoin s'en fait sentir.
Bien entendu, les conduits qui donnent accès aux locaux en question doivent être munis de registres de réglage convenables.
Il est prévu, en outre, sur le trajet de l'air d'admis- sion des biches convenables pour l'accumulation- d'une certaine quantité d'eau, de telle sorte qu'en passant en travers ou par- dessus la nappe d'eau l'air absorbe une certaine quantité d'hu- midité et maintienne par là même l'atmosphère des locaux à cli- matiser au degré hygroscopique convenable.
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Les expériences effectuées pour mettre en évidence le fonctionnement d'un pareil système ont permis de constater que des résultats extrêmement avantageux peuvent être obtenus en utilisant le sol comme source directe de chaleur. Certaines de ces expériences ont été effectuées dans le voisinage de la. ville américaine d'Indianopolis; elles ont permis de constater que la température du sol au-dessous de la, profondeur d'atteinte des gelées demeure sensiblement constante et égale à environ
13 C.
Il en résulte que,. par temps froid, quand on fait fonc- tionner l'appareil pour réchauffer l'atmosphère des locaux, il y a toujours une réserve de chaleur destinée à être absorbée par le réfrigérant qui provient du sol. Ces mêmes recherches ont permis de constater qu'en enfouissant les serpentins directement dans le sol (de, préférence à une profondeur les soustrayant à l'atteinte de la gelée) l'écoulement de la chaleur dans les serpentins en vue de son absorption par le réfrigérant qui subit l'expansion est notablement affecté par l'humidité ou l'eau .qui se trouve dans le sol. On a encore constaté que,' pendant l'absorption de la chaleur provenant du sol à travers les éva- porateurs qui y sont enterrés, l'humidité ou l'eau qui se trouve dans le sol à. côté des tuyaux gèle.
Toutefois les particules de terre qui pourraient être revêtues de l'humidité ou de leau qui a été transformée en glace empêchent la formation d'un bloc de glace solide comme cela pourrait se produire si l'eau était utilisée comme source de chaleur.. En d'autres termes, le passage de la chaleur provenant du sol n'est pas gravement entravé.
Quand, au contraire, on utilise dans l'installation une autre source de-chaleur (par exemple de l'eau ou de la saumure) l'ex- traction de la chaleur provenant de cette eau ou de cette saumure
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se traduit en définitive par la formation de blocs de glace solide sur le pourtour des évaporateurs, ce qui empêche le passage de la chaleur à travers-ces blocs de glace et sa péné- tration dans le s évaporateurs. pour obvier à cet inconvénient il faut maintenir un écoulement d'eau constant, de sorte que comme cela est évident, une masse d'eau considérable doit être manutentionnée, ce qui exige un appareil de pompage de capacité adéquate.
Pour assurer le fonctionnement de l'appareil et le re- froidissement de l'air dans le local ou l'enceinte pendant l'été, il est évident qu'avec une temps rature approximative de 13 C régnant dans le sol à la profondeur indiquée, cette température serait considérablement plus basse que celle du local qu'il s'agit de climatiser. Pour tirer parti de cet avantage, on in- verse le fonctionnement de l'appareil. Il est prévu pour cela des vannes de commande 21 et'22 et un branchement de retour 23 muni d'une vanne de,commande 24.
Pendant le fonctionnement du système, en vue du chauffage de locaux, on ferme les vannes 22, 24, 26, 28, 30, 31', 32, 33 et 34, tandis qu'on ouvre les vannes 21, 25, 27', 28' et 34'.
- Four inverser au contraire le fonctionnement du système en vue ' de refroidir ou de rafraîchir un local, on. ferme les vannes
21, 25, 27' 28' et 34' et on ouvre les vannes 22, 24, 26, 28, 30,
3', 32, 33 et 34 . On remarquera que, quand on ferme la vanne 21 et qu'on ouvre la vanne 24, l'extrémité supérieure des con- denseurs 4 et 5 est reliée par l'intermédiaire du conduit 23 à l'ouîe d'aspiration du compresseur 1, tandis qu'au contraire quand la vanne 21 est ouverte et que les vannes-22 et 24 sont fermées, l'ouïe de refoulement du compresseur communique avec
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l'extrémité supérieure des condenseurs 4 et 5 Quand la, vanne 21 est fermée ou que la vanne 22 est ouverte,
le fluide qui sort du compresseur 1 s'écoule par le conduit 27 jusqu'au conduit 18 aboutissant à l'un des côtés des serpentins 10, 11 et 12, et il est isolé à ce moment de l'ouîe d'aspiration du compresseur' 1 du fait de la fermeture de'la vanne 25. Après que le réfrigé- rant a parcouru les serpentins 10, 11 et 12 ou. ceux de ces ser- pentins qui sont alors ouverts à l'écoulement du réfrigérant, celui-ci cmtourne les vannes d'expansion correspondantes 16 en s'écoulant à travers les vannes 31', 32 et 33 qui sont ou- vertes pendant l'inversion du système pour obtenir un effet de refroidissement.
Pour que leréfrigérant qui est condensé dans les serpentins 10,- 11 et 12 dans les circonstances indiquées s'écoule en traversant le,bac récepteur 7 et le déshydra,teur 8 dans le sens convenable, on ferme la vanne 27' en obligeant le réfrigérant à s'écouler à travers là vanne qui commande l'extré- mité d'admission du bac récepteur 7, son écoulement à partir de cette extrémité étant empêché en fermant la vanne 28', On ouvre' la vanne 30 de façon que le réfrigérant qui est alors empêché de s'écouler vers la gauche hors du déshydrateur 8 par l'action de la vanne 27' s'écoule par le conduit 31 dans leqdel,, puisque la vanne 34' est alors fermée et que la vanne 34 est alors ouverte;
il est refoulé à travers la vanne d'expansion 36 pour se détendre dans les serpentins 4 et 5 qui font alors office de serpentins évaporateurs et qui refroidissent l'air qui est souf- flé transversalement à eux par le ventilateur 20.
On voit donc que, dans ces conditions, l'écoulement du réfrigérant est inversé puisqu'il s'écoule tout d'abord dans les
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serpentins 10, 11 et 12 qui deviennent des condenseurs, la chaleur du réfrigérant étant a.bsorbée par le sol, le réfrigé- rant condensé sous forme liquide ou presque liquide s'écoulant alors à travers le' bac récepteur 7 ,et le déshydrateur 8 pour revenir à travers les condenseurs 4 et 5 qui, dans ces con- ditions, font office d'évaporateurs de telle sorte que, pendant l'évaporation du réfrigérant, l'air qui parcourt le conduit se trouve rafraîchi avant d'être renvoyé dans. le ou les espaces ou locaux à climatiser.
Pour que le fonctionnement de l'appareil soit entière- ment automatique, il est prévu un équipement de commande élec- trique fonctionnant thermostatiquement (voir la fig. 2) et ser- vant à commander le fonctionnement du système de telle manière que la température de l'air soit maintenue à tout moment sen- siblement constante. A cet effet, les fils conducteurs venant d'une source de courant convenable 37 traversent un commuta- teur d'entrée principal 38 qui peut servir à mettre l'ensemble du système soit en service, soit au repos. Le courant traverse alors un coupe-circuit 39 et pénètre dans un commutateur magné- tique 40 commandé par un thermostat convenable 46.
Ce commu- tateur magnétique commande par l'intermédiaire de conducteurs appropriés' 41 le moteur 20 qui 'actionne le ventilateur ainsi que le moteur 2 qui actionne le compresseur 1 et qui, par l'in- termédiâire de conducteurs 42, est connecté en parallèle avec le moteur du ventilateur.
Le commutateur magnétique 40 commande également une vanne magnétique 43 branchée dans la canalisation d'alimentation'qui dessert'les serpentins 10, 11 et 12. Pendante
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la durée ue fonctionnement du systèrae, cette venl1e 4:3 est "aÜnerue ouver.ce, àu corltrazr , c=es quj la température a atteint la valeur nésiree et que le tüel'.ilOS1:
at intervient pour l'aire fonctionner le commutateur magnétique 40 et ouvrir
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le circuit au ....oteur GO du ventilateur et uu moteur du com- presseur, la vanne magnétique 43 est fermée automatiquement pour interrompre la circulation du réfrigérant dans les ser- pentins qui sont enfouis dans le sol.
Quand un changement de
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zeoeperaz.L1re c=evient nécessaire, le commutateur trierwostatlque met automatlque.3rlt le système en fonctionnement en l'armant le circuit sur le moteur 20 du ventilateur et le moteur 6!. du compresseur, tandisque le circuit passanc par la vanne magnétique 43 ouvre cette dernière, ce qui permet à la cir-
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culatlon uU rl.ulu.8 Í.:i travers le sy±-teme ae reprendra, Au besoin, des vannes de commande supplémentaires telles que celles qui bout figurées en 48 peuvent être placee Clans le
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système pour jeï;let tre à l'opérateur ù'isoler un ou plusieurs des serpentins.
R E V I C A T I UNS
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