EP2604942B1 - Bouche d'extraction de gaz à réglage automatique et procédé de fabrication d'une telle bouche - Google Patents

Bouche d'extraction de gaz à réglage automatique et procédé de fabrication d'une telle bouche Download PDF

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EP2604942B1
EP2604942B1 EP12194694.1A EP12194694A EP2604942B1 EP 2604942 B1 EP2604942 B1 EP 2604942B1 EP 12194694 A EP12194694 A EP 12194694A EP 2604942 B1 EP2604942 B1 EP 2604942B1
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EP
European Patent Office
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membrane
extraction
flow
film
moisture
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English (en)
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EP2604942A1 (fr
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Laurent Levraud
Vincent Espinasse
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VTI SAS
Original Assignee
VTI SAS
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F13/00—Details common to, or for air-conditioning, air-humidification, ventilation or use of air currents for screening
    • F24F13/08—Air-flow control members, e.g. louvres, grilles, flaps or guide plates
    • F24F13/10—Air-flow control members, e.g. louvres, grilles, flaps or guide plates movable, e.g. dampers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/70—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof
    • F24F11/72—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the supply of treated air, e.g. its pressure
    • F24F11/74—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the supply of treated air, e.g. its pressure for controlling air flow rate or air velocity
    • F24F11/75—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the supply of treated air, e.g. its pressure for controlling air flow rate or air velocity for maintaining constant air flow rate or air velocity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/30—Control or safety arrangements for purposes related to the operation of the system, e.g. for safety or monitoring
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F2110/00—Control inputs relating to air properties
    • F24F2110/20—Humidity

Definitions

  • the invention relates to a gas extraction mouth intended to be mounted in a partition of a lumen for example separating a room to ventilate a gas exhaust duct. More particularly, the invention relates to such an extraction opening for regulating the flow rate of a gas extraction flow as a function, on the one hand, of the pressure difference between the part to be ventilated and the duct. evacuation and secondly the humidity prevailing in the room to be ventilated.
  • the invention also relates to a method of manufacturing such an extraction mouth.
  • the ventilation of the inhabited premises has the function of renewing the air of these premises by admitting outside fresh air in the main rooms or dry rooms (for example living room, dining room, bedrooms) and evacuating the stale air of the rooms. service rooms or wet rooms (eg kitchen, bathroom, WC).
  • service rooms or wet rooms eg kitchen, bathroom, WC.
  • the depression in the extraction duct may be affected by sudden variations related, for example, to wind and / or to a thermal current due to temperature variations in the duct and / or to variations caused by an extraction device. mechanical (eg stato-mechanical or electric) placed on the roof.
  • Ventilation is necessary only in proportion to the amount of exhaust air generated.
  • an unoccupied dwelling does not require a ventilation rate as high as an apartment occupied by many people who emit water vapor and carbon dioxide because of their breathing or the use of sanitary equipment or cooked.
  • a gas extraction mouth automatically adjustable according to the pressure difference.
  • This mouth comprises a housing attached to a partition separating a service part of the suction duct and closing a light formed in this partition.
  • a flexible and resilient membrane extends cantilever over openings of the housing allowing the passage of a gas flow between the room to be ventilated and the suction duct.
  • the flow rate of the gas flow varies and the membrane bends and partially closes the openings so as to regulate the flow rate of this flow.
  • the document FR 2,729,746 proposes an adjustable extraction mouth having an elastic membrane suspended to a cross member, said membrane abutting, under the effect of the depression, against a tensioned wire which limits its movement.
  • the wire may be tensioned manually or by an external mechanical member depending on the temperature, humidity or a clock system.
  • the position of the membrane (and therefore the extraction rate) is dictated exclusively by the depression until it abuts against the tensioned wire, then the position of the membrane is exclusively dictated by humidity (or temperature, time and manual setting).
  • the invention therefore aims to provide a gas extraction mouth which allows to cumulate by combining the advantages of the two known techniques for controlling the flow of extracted air.
  • the invention also aims to provide such an extraction mouthpiece that is robust, resistant to greasy pollutants or chemical and reliable over time.
  • the invention also relates to a method of manufacturing such an extraction mouth, and in particular a membrane for such a mouth of extraction, which is relatively simple and reliable and allows the adjustment of the extraction characteristics of the mouth.
  • curvature means the proper curvature of the membrane, that is to say the intrinsic curvature taken by it "at rest” or in the presence of a predetermined pressure difference to the exclusion of an external influence to the membrane / housing system, such as, for example, a curvature imposed by a stop or any other mechanical member coming to exert a point force on the membrane.
  • the flow rate of the gas stream passing through the extraction mouth is increased at equal pressure difference between the upstream and downstream of the extraction mouth.
  • the rest position of the diaphragm extends at an increasing distance from the openings, therefore the flow rate of the fluid through the openings increases for a constant pressure difference on both sides. of the partition.
  • the curvature of the membrane is reversed and it takes a rest position close to the openings and the flow rate of the gas stream is reduced to equal pressure difference .
  • the curvature of the membrane is thus continuously variable according to the humidity and also and simultaneously continuously variable according to the depression. Therefore, the flow rate of the gas flow is a continuous function of the two humidity and depression variables over the entire range of flow rates.
  • the parameter of the membrane varying with humidity is the elasticity (or its inverse, the stiffness) of the membrane in the direction of the cantilever.
  • the membrane has a coefficient of expansion as a function of the anisotropic moisture in a direction normal to the surface of the membrane.
  • Some materials for example synthetic materials have the property of expanding in the presence of moisture.
  • one of the faces of the membrane may have the property of expanding in at least one of the two directions of the plane tangent to this face with a coefficient of expansion greater than that of the other face.
  • the face having a higher coefficient of expansion sees the dimensions in the plane of this face increase compared to those of the other face. Therefore, there is a curvature of the membrane whose center of curvature is located on the side of the membrane having the lowest coefficient of expansion.
  • the membrane is formed of at least two layers of material having a coefficient of expansion as a function of the different humidity.
  • a simple way to obtain this anisotropy of the coefficient of expansion as a function of humidity consists in forming the membrane by an ordered stack of layers of material each having a coefficient of expansion greater than the previous layer and lower than the next layer.
  • the membrane comprises a first film, said support film, of a hydrophobic material assembled to a second film, called a sensitive film, of a material, called a hygrosensible material, having a moisture recovery rate greater than or equal to five times that of the support film.
  • hydrophobic material is a material which has the property of rejecting water, whether in the gaseous form of water vapor or in the form of droplets, and which by consequently, does not absorb or almost no moisture.
  • Such a material has the particularity of being substantially invariant, as regards its dimensions, in the presence of a variable humidity level.
  • hygrosensitive material a material capable of absorbing moisture (in the form of vapor or liquid) and therefore of having a mass and / or dimensional variation as a function of the level of humidity to which it is exposed. Moisture absorption is referred to as “moisture uptake” and is measured by the rate of moisture uptake.
  • the hygrosensible film expands in the presence of moisture according to at least one of the two directions of the plane of the film while the hydrophobic film remains substantially invariant.
  • This differential expansion of the two film layers causes a curvature of the membrane whose concavity is located on the hydrophobic film side.
  • the moisture trapped in the hygrosensitive film gradually disappears and the hygrosensible film contracts in at least one of the two dimensions of the plane, reducing or even reversing the curvature of the the membrane.
  • the hydrophobic material is chosen from a metal, a polyvinyl chloride or a polyethylene terephthalate. These materials are chosen for their dimensional stability in the presence of moisture.
  • the hygrosensitive material is a polyamide, and more particularly a polyhexamethylene adipamide.
  • the presence of polar groups makes the polyamides moisture-sensitive and varies their dimensional characteristics, making them particularly suitable for the production of a hygrosensitive film.
  • the membrane is oriented so that the hygrosensitive film is placed opposite the openings of the housing. Therefore, the curvature of the membrane is directed so that the membrane moves away from the openings when the gas flow through the extraction mouth is heavily loaded with moisture, increasing the free passage between the membrane and the openings and thereby reducing the generated pressure drop which allows a large fluid flow for a given pressure difference.
  • the curvature of the membrane is reversed, bringing it closer to the openings of the housing and closing at least partially the passage of the gas stream.
  • the hygrosensitive film is not directly in contact with the incident gas stream and is therefore protected against any deposits of fatty particles that may disturb the sensitivity.
  • the housing comprises fluid inlet openings on at least one side of the housing facing a free end of the membrane opposite the cross-member, so that the flow of fluid is directed towards the openings of the case when the flow of fluid is loaded with moisture. Thanks to these lateral openings, positioned opposite the free end of the membrane, the flow of fluid entering through the openings is directed downstream of the membrane, towards the extraction openings, when the membrane has a characteristic curvature d high humidity, thus making it possible to further increase the rate of extraction of the gas stream.
  • the membrane comprises two symmetrical wings on either side of a central cross member of the housing.
  • the free length of the wings is reduced and they have an improved reactivity to humidity variations.
  • this arrangement allows a symmetry of the extraction mouth and particular to increase extraction flows by positioning side gills on both sides of the housing.
  • the membrane is produced by assembling at least two layers of material having a coefficient of expansion as a function of the different humidity.
  • a first film, said support film, consisting of a hydrophobic material is assembled to a second film, called a sensitive film, of a material, called a hygrosensible material, having a higher moisture uptake rate. or equal to five times that of the support film.
  • the assembly is carried out in an enclosure with predetermined temperature and relative humidity as a function of the desired characteristics of the membrane.
  • predetermined environmental conditions particularly with regard to the hygrometry rate, an essential characteristic of the membrane is defined: the nominal hygrometry rate for which the rest position of the membrane corresponds to an absence of curvature (flat membrane).
  • a plurality of cycles of variation of the moisture content are applied before application to the various films.
  • This step consists of subjecting the various films to water sorption / desorption cycles of controlled duration and conditions and makes it possible to stabilize the response of the material to humidity variations.
  • the different layers of material are assembled by gluing.
  • the various layers are assembled by welding or by coextrusion.
  • the different films constituting the membrane can be assembled by many processes.
  • the deposition of an adhesive layer for example polyurethane sheet adhesive between the facing faces of two adjacent films followed by calendering provides good results.
  • other means of assembling the different films forming the membrane may also be used, such as, for example, an ultrasonic weld between the various films, whether over the entire surface of the films or according to a suitable drawing such as a grid of weld lines or a plurality of parallel weld lines. If the materials chosen for the constitution of the membrane allow it, it is also possible to use a method of coextruding the films to assemble them at the surface during their manufacture.
  • the edge of the membrane is bent hot to weld the different layers together.
  • the membrane is cut to the necessary dimensions by a laser cut (for small series) or at the same time. punch (for larger series) having a heated blade, so as to obtain a peripheral weld of the different layers of the membrane in order to limit the risks of delamination of the membrane and to guarantee the tightness of the edges of the membrane this.
  • the membrane is produced by modifying the surface properties of a single material.
  • a film of hygrosensitive material is chosen and one of the main faces is metallized.
  • the metallization of one of the faces of a hygrosensible film makes this face impermeable and therefore hydrophobic at least as regards the adsorption of water. Therefore, the face protected by the metallization is substantially dimensionally invariant (vis-à-vis the moisture) while the opposite face has the dimensional variation characteristics of the hygrosensible film.
  • the hygrosensitive surface expands and the membrane has a curvature whose concavity is turned towards the metallized face.
  • a film of hydrophobic material is chosen and one of its faces is treated to render it sensitive to moisture.
  • a mechanical or chemical treatment is carried out to increase the porosity of one of the faces of the hydrophobic film.
  • the invention also relates to an extraction mouth and a method of manufacturing such a mouth characterized in combination by all or some of the characteristics mentioned above or below.
  • the extraction mouth 1 comprises a housing 2 adapted to cover a slot 4 formed in a partition 3 separating a room to ventilate a gas evacuation conduit for example.
  • the housing 2 can be adapted to simply come to apply to the partition 3 or to be at least partially embedded in the slot 4.
  • the case 2 comprises on its upper face a grid 20 substantially parallel to the light 4 allowing a gas inlet from the room to be ventilated. It also comprises on at least one flank 8 of the housing 2 gills 14 and 15 lateral gas inlet which will be described further in the following description.
  • the housing 1 also has an inner wall 9 separating the upstream from the downstream and provided with at least one opening 5 allowing the flow of gas flow from upstream to downstream.
  • the inner wall 9 has a flat portion, said cross 9a, substantially parallel to the plane of the grid 20.
  • This cross 9a extends, depending on the conformation of the housing 2, or on a side of the housing as shown in FIG. figure 1 either centrally along an axis of symmetry of the case as shown schematically in the figure 3 . Other configurations may also be considered, as will be seen later.
  • An elastic, flexible and self-supporting membrane 6 is arranged in the casing 2 so as to extend cantilevered above the openings 5.
  • the membrane 6 comprises at least one wing 7 fixed by one of its edges 7b to the transom 9a by a fastening means such as one or more rivets 10.
  • a fastening means such as one or more rivets 10.
  • the membrane 6 extends on either side of this cross member and has two symmetrical wings 7.
  • the remainder of the description will be limited to the case of a single wing 7 cantilevered as shown in FIG. figure 1 the case of the central cross-member and of the membrane with two symmetrical wings being deduced by symmetry.
  • the flexibility and elasticity of the membrane 6 allows the wing 7 to take a rest position away from the opening 5 in the absence of gas flow generated by a pressure difference between the upstream and downstream from the extraction mouth.
  • a gas flow is then established as represented by the arrow F of the figure 1 and the flange 7 of the membrane 6 is flexible enough to bend and gradually come to mask the opening 5 so as to reduce the flow section and therefore the flow rate of the gas flow.
  • the flow rate of the gas flow is regulated as a function of the pressure difference between the part to be ventilated and the exhaust duct.
  • the membrane 6 is characterized in that its curvature and / or its elasticity are also variable as a function of the humidity prevailing in the flow of gas passing through the extraction mouth.
  • the membrane is designed to present, in the rest position (that is, in the absence of upstream / downstream depression), a zero curvature, that is to say that the flange 7 extends substantially in a plane parallel to the plane of the grid 20 for a predetermined relative humidity rate, said nominal HR rate , gas passing through the extraction mouth.
  • This rest position of the membrane is represented on the figure 3 by the dotted outline marked 18 of the wing 7 of the membrane.
  • the curvature of the diaphragm in the rest position is oriented so that this curvature opposes the bending of the membrane under the effect of the flow. gas.
  • the curvature of the membrane has a concavity facing the gate 20, opposite the opening 5, in the presence of a maximum humidity RH max.
  • the curvature of the membrane in the rest position is oriented so as to have a concavity in the direction of the opening 5, as shown in FIG. figure 3 by the marked position 17 of the wing 7 for a minimum humidity RH min.
  • the wing 7 is close to the opening 5 and for the same upstream / downstream pressure difference, the gas flow through the extraction port is reduced.
  • variable parameter as a function of humidity is the elasticity (or the stiffness) of the membrane.
  • the wing 7 will decline all the less towards the opening 5 and for the same pressure difference upstream / downstream, the flow of gas through the mouth will increase depending on the relative humidity of the gas.
  • the inventors have found that it is sufficient for the membrane to have a coefficient of expansion as a function of the variable humidity ( preferably monotonically) as a function of a normal direction on the surface of the membrane.
  • a coefficient of expansion as a function of the variable humidity preferably monotonically
  • This property of dilation as a function of humidity is a known phenomenon of different materials, natural as horsehair or synthetic as polyamides and is due to the ability of these materials to absorb water molecules in their structure in the presence humidity.
  • the invention proposes various methods for obtaining a membrane having an anisotropy of the coefficient of expansion as a function of moisture oriented orthogonally to the surface of the membrane.
  • the invention proposes to produce the membrane 6 by an assembly of at least two layers of materials having different coefficients of expansion as a function of humidity.
  • the membrane 6 may be constituted, as shown in FIG. figure 2 of the drawing, an assembly of a first film, said support film 11, hydrophobic material such as metal or polyvinyl chloride (PVC) or polyethylene terephthalate (PET), with a second film, said film hygrosensitive 12 consisting of a hygrosensitive material.
  • the support film 11 is of a thickness ranging between 0 and 300 microns depending on the material used.
  • a PVC film 150 ⁇ m thick is used.
  • a hygrosensitive material having a moisture uptake rate that is to say an ability to absorb water molecules in its structure, is selected. , which is at least five times greater than that of the hydrophobic material of the support film 11.
  • a hygrosensible material is selected from polyamides, and more particularly a polyhexamethylene adipamide (PA6-6).
  • PA6-6 polyhexamethylene adipamide
  • the hygrosensible film 12 is generally chosen with a thickness varying between 0 and 100 ⁇ m.
  • the film sold by the brand AEROVAC under the reference CAPRAN 526 can be used in a thickness of 50 ⁇ m (preferred) or 75 ⁇ m.
  • the assembly of the support film 11 with the hygrosensible film 12 is preferably carried out by gluing by means of a glue film 13, deposited by various processes (spraying, extrusion, interposition of a film of glue with or without a support, etc.
  • a glue film 13 deposited by various processes (spraying, extrusion, interposition of a film of glue with or without a support, etc.
  • Different glue compositions may be employed, for example polyurethane or acrylic glues.
  • the adhesive film may have a thickness ranging between 0 and 100 .mu.m.
  • the curvature characteristics as a function of the humidity of a membrane 6 thus produced are a function of the materials used, the method of assembly, etc. It is therefore necessary to define a method of manufacturing the membrane 6 which makes it possible to produce a membrane corresponding to the expected characteristics in terms of nominal relative humidity, rate for which the membrane is substantially flat.
  • the membrane 6 is fastened to the crossmember 9b of the housing by fastening means such as rivets 10.
  • fastening means such as rivets 10.
  • the membrane 6 is oriented that the hygrosensible film 12 is oriented towards the opening 5 facing it.
  • An extraction mouth according to the invention is therefore much less sensitive to fouling and the loss of performance related thereto than an extraction mouth of the prior art in which the extraction flow passes through a braid sensitive to moisture.
  • a membrane 6 having the characteristics of the invention there are other possibilities for producing a membrane 6 having the characteristics of the invention.
  • a film consisting of a single material and change the surface properties, for example the adsorption capacity of one of the faces to introduce anisotropy of the coefficient of expansion as a function of moisture.
  • the membrane 6 may be formed from a single film of hygrosensitive material which is metallized on one side, for example by vapor deposition.
  • the metallized side becomes hydrophobic and prevents the penetration of moisture on this face.
  • the quantity of water molecules absorbed by the hygrosensitive film just below the surface metallization is then much less than that absorbed by the non-metallized face, which leads to a dilation due to the different humidity between the two faces and therefore at a variable curvature depending on the humidity.
  • the housing 2 also comprises on at least one sidewall 8 of the housing 2 of the gills 14 and 15 lateral gas inlet. These openings 14 and 15 are arranged to cooperate with the end 7a of the wing 7 of the membrane 6.
  • the hearing 14 is placed so as to be upstream of the end 7a of the membrane when this one is in the position marked 17 at the figure 3 position corresponding to a minimum relative humidity RH min.
  • the additional F1 flow of gas from the part to be ventilated passing through the orifice 14 is thus deflected upstream thereof and is subjected to the restriction of flow formed by the wing 7 of the membrane above the 5.
  • the wing 7 of the membrane rises and the additional F1 flow is directly directed towards the opening 5 in a proportion of up to 100% when the moisture of the gas reaches the nominal HR rate. It is the same for the hearing 15 which is arranged to guide an additional flow F2 to the opening 5 when the humidity of the gas exceeds the nominal HR rate to reach the maximum HR max.
  • the additional extraction streams F1 and F2 circulate below the wing 7 of the membrane and therefore do not contribute to bending it to the Accordingly, the extraction rate is maximum regardless of the pressure difference between upstream and downstream.
  • the regulation of the flow is therefore primarily a function of the humidity.
  • the majority of the gas flow passing through the extraction mouth follows the path shown by the arrow F at the figure 1 and contributes to bending the membrane towards the opening 5, thus allowing automatic regulation of the gas flow rate as a function of the upstream / downstream pressure difference.
  • the regulation of the flow is therefore primarily a function of the pressure difference.
  • the extraction mouth according to the invention thus has variable flow characteristics in function simultaneously of the two important parameters conditioning the safety and energy saving that are the pressure difference between the room to be ventilated and the exhaust duct and the humidity prevailing in the room to be ventilated.

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Description

  • L'invention concerne une bouche d'extraction de gaz destinée à être montée dans une lumière d'une cloison séparant par exemple une pièce à ventiler d'un conduit d'évacuation de gaz. Plus particulièrement, l'invention concerne une telle bouche d'extraction permettant la régulation du débit d'un flux d'extraction de gaz en fonction, d'une part de l'écart de pression entre la pièce à ventiler et le conduit d'évacuation et d'autre part de l'humidité régnant dans la pièce à ventiler. L'invention porte également sur un procédé de fabrication d'une telle bouche d'extraction.
  • La ventilation des locaux habités a pour fonction de renouveler l'air de ces locaux en admettant de l'air frais extérieur dans les pièces principales ou pièces sèches (par exemple salon, salle à manger, chambres) et en évacuant l'air vicié des pièces de services ou pièces humides (par exemple cuisine, salle de bains, WC). Afin de minimiser la dépense énergétique nécessaire, dans les locaux chauffés, pour chauffer le flux d'air froid entrant, tout en conservant une salubrité de l'air présent dans les locaux, il convient de réguler le débit du flux d'extraction d'air en fonction de nombreux paramètres.
  • Par exemple, dans un immeuble d'habitation possédant plusieurs étages, il est courant de disposer d'un ou plusieurs conduits d'extraction verticaux permettant d'extraire l'air vicié des appartements du rez-de-chaussée au dernier étage. Il règne alors dans le conduit d'extraction vertical une dépression variable qui, pour être suffisante pour assurer la ventilation d'un appartement du rez-de-chaussée, est telle qu'en l'absence de moyens de réglage, la ventilation des derniers étages est trop importante et source de gaspillage énergétique. En outre, la dépression dans le conduit d'extraction peut être affectée de variations brutales liées par exemple au vent et/ou à un courant thermique dû aux variations de température dans le conduit et/ou encore aux variations provoquées par un dispositif d'extraction mécanique (par exemple stato-mécanique ou électrique) placé sur le toit.
  • Par ailleurs, la ventilation n'est nécessaire qu'à proportion de la quantité d'air vicié généré. Par exemple, un logement inoccupé ne nécessite pas un débit de ventilation aussi élevé qu'un appartement occupé par de nombreuses personnes rejetant de la vapeur d'eau et du gaz carbonique du fait de leur respiration ou de leur utilisation d'équipements sanitaires ou de cuisine.
  • Il a donc été proposé des bouches d'extraction d'air réglables, soit en fonction de la différence de pression entre l'atmosphère intérieure et le conduit d'aspiration, soit en fonction de l'humidité, et plus précisément du taux d'hygrométrie, des pièces de service.
  • On connaît par exemple du document FR 2 847 661 une bouche d'extraction de gaz réglable automatiquement en fonction de la différence de pression. Cette bouche comporte un boitier fixé à une cloison séparant une pièce de service du conduit d'aspiration et obturant une lumière ménagée dans cette cloison. Une membrane flexible et élastique s'étend en porte-à-faux au dessus d'ouvertures du boitier permettant le passage d'un flux gazeux entre la pièce à ventiler et le conduit d'aspiration. En fonction de la différence de pression régnant de part et d'autre de la cloison, le débit du flux gazeux varie et la membrane ploie et obture partiellement les ouvertures de façon à réguler le débit de ce flux.
  • Cependant, cette bouche d'extraction ne prend pas en compte l'utilisation du local à ventiler et ne permet pas de profiter du plein débit que pourrait procurer une forte dépression pour évacuer rapidement une grande quantité d'air humide comme c'est le cas après l'utilisation d'une salle de bain par exemple.
  • On connaît également d'autres dispositifs, par exemple du document FR 2 508 606 , basés sur le principe de l'hygromètre à cheveu, dans lesquels un fil ou une tresse dont la longueur augmente avec le taux d'humidité agit sur un élément mécanique tel qu'un volet pour faire varier une section de passage de l'air. Outre que ces dispositifs ne prennent pas en compte la variation de débit qui peut être entrainée par une variation de la différence de pression de part et d'autre du dispositif, ils sont sensibles à l'encrassement du fil ou de la tresse par les particules, en particulier les particules grasses, entrainées par le flux d'extraction et sont couteux à réaliser en raison de la complexité du mécanisme d'entrainement de l'élément mécanique.
  • Le document FR 2 729 746 propose une bouche d'extraction réglable comportant une membrane élastique suspendue à une traverse, ladite membrane venant buter, sous l'effet de la dépression, contre un fil tendu qui limite son déplacement. Selon ce document, le fil peut-être tendu manuellement ou par un organe mécanique externe en fonction de la température, de l'humidité ou encore d'un système d'horlogerie. Dans une telle bouche d'extraction, la position de la membrane (et donc le débit d'extraction) est exclusivement dictée par la dépression jusqu'à ce qu'elle vienne buter contre le fil tendu, puis la position de la membrane est exclusivement dictée par l'humidité (ou la température, l'heure et le réglage manuel).
  • L'invention vise donc à proposer une bouche d'extraction de gaz qui permette de cumuler en les combinant les avantages des deux techniques connues de régulation du débit d'air extrait.
  • Elle vise également à proposer une telle bouche d'extraction qui soit simple et peu couteuse à réaliser.
  • L'invention vise en outre à proposer une telle bouche d'extraction qui soit robuste, résistante aux polluants gras ou chimiques et fiable dans le temps.
  • L'invention vise également un procédé de fabrication d'une telle bouche d'extraction, et en particulier d'une membrane pour une telle bouche d'extraction, qui soit relativement simple et fiable et permette le réglage des caractéristiques d'extraction de la bouche.
  • Pour ce faire, l'invention concerne une bouche d'extraction de gaz destinée à être montée dans une lumière d'une cloison, comprenant :
    • un boitier adapté pour pouvoir être fixé à la cloison de manière à couvrir la lumière de la cloison, doté d'ouvertures définissant un passage à travers le boitier pour la circulation d'un flux gazeux, dit flux d'extraction, selon une direction globale dite direction d'extraction et un sens dit sens d'extraction,
    • une membrane élastique, flexible et autoportante, comportant au moins une aile fixée par un bord à une traverse du boitier et s'étendant en porte à faux en regard des ouvertures, dans une position de repos en l'absence de flux d'extraction de façon à pouvoir ployer et venir obturer partiellement les ouvertures sous l'effet d'un flux d'extraction, afin de limiter un débit du flux gazeux sous l'effet d'une différence de pression de part et d'autre de la cloison,
    caractérisée en ce que la membrane présente une courbure et/ou une élasticité variables en fonction de l'humidité s'opposant à la flexion de la membrane sous l'effet du flux d'extraction de sorte que le débit du flux d'extraction traversant la bouche est simultanément variable en fonction de l'humidité contenue dans le flux d'extraction et de la différence de pression de part et d'autre de la cloison.
  • Dans le présent texte, on entend par « courbure » la courbure propre de la membrane, c'est-à-dire la courbure intrinsèque prise par celle-ci « au repos » ou en présence d'une différence de pression prédéterminée à l'exclusion d'une influence externe au système membrane / boitier, telle que, par exemple, une courbure imposée par une butée ou tout autre organe mécanique venant exercer une force ponctuelle sur la membrane.
  • En utilisant une membrane dont la courbure varie en fonction de l'humidité contenue dans le fluide traversant la bouche d'extraction de telle sorte que, lorsque le fluide est chargé d'humidité, cette courbure éloigne la membrane des ouvertures qu'elle est prévue pour masquer, le débit du flux gazeux traversant la bouche d'extraction est augmenté à différence de pression égale entre l'amont et l'aval de la bouche d'extraction. Ainsi pour un taux croissant d'humidité relative du fluide, la position de repos de la membrane s'étend à une distance croissante des ouvertures donc le débit du fluide au travers des ouvertures augmente pour une différence de pression constante de part et d'autre de la cloison. A l'inverse, lorsque le taux d'humidité relative du fluide est faible, la courbure de la membrane s'inverse et celle-ci prend une position de repos rapprochée des ouvertures et le débit du flux gazeux est réduit à différence de pression égale. La courbure de la membrane est ainsi continument variable en fonction de l'humidité et également et simultanément continument variable en fonction de la dépression. Dès lors, le débit du flux gazeux est une fonction continue des deux variables humidité et dépression sur toute l'étendue de la plage des débits.
  • Il en va de même lorsque le paramètre de la membrane variant avec l'humidité est l'élasticité (ou son inverse, la raideur) de la membrane selon la direction du porte-à-faux. En choisissant une membrane telle que sa raideur augmente avec le taux d'humidité relative du flux gazeux, la flexion de la membrane pour venir masquer les ouvertures requiert une différence de pression croissante et donc le débit au travers de la bouche d'extraction est augmenté.
  • Avantageusement et selon l'invention, la membrane présente un coefficient de dilatation en fonction de l'humidité anisotrope selon une direction normale à la surface de la membrane. Certains matériaux, par exemple des matériaux synthétiques possèdent la propriété de se dilater en présence d'humidité. En concevant une membrane dont le coefficient de dilatation est variable dans le sens de l'épaisseur de celle-ci, l'une des faces de la membrane peut présenter la propriété de se dilater selon au moins une des deux directions du plan tangent à cette face avec un coefficient de dilatation supérieur à celui de l'autre face. Ainsi en présence d'humidité, la face présentant un coefficient de dilatation supérieur voit les dimensions dans le plan de cette face s'accroitre par rapport à celles de l'autre face. Dès lors, il se produit une courbure de la membrane dont le centre de courbure se situe du côté de la membrane présentant le plus faible coefficient de dilatation.
  • Avantageusement et selon l'invention, la membrane est formée d'au moins deux couches de matériau présentant un coefficient de dilatation en fonction de l'humidité différent. Une manière simple d'obtenir cette anisotropie du coefficient de dilatation en fonction de l'humidité consiste former la membrane par un empilage ordonné de couches de matériaux possédant chacun un coefficient de dilatation supérieur à la couche précédente et inférieur à la couche suivante.
  • Avantageusement et selon l'invention, la membrane comporte un premier film, dit film support, d'un matériau hydrophobe assemblé à un deuxième film, dit film sensible, d'un matériau, dit matériau hygrosensible, présentant un taux de reprise d'humidité supérieur ou égal à cinq fois celui du film support.
  • Dans le texte de la description et les revendications, on désigne par matériau hydrophobe un matériau qui présente la propriété de rejeter l'eau, qu'elle soit sous la forme gazeuse de vapeur d'eau ou sous forme de gouttelettes, et qui par voie de conséquence, n'absorbe pas ou pratiquement pas d'humidité. Un tel matériau présente la particularité d'être sensiblement invariant, en ce qui concerne ses dimensions, en présence d'un taux d'humidité variable.
  • On désigne par matériau hygrosensible un matériau susceptible d'absorber de l'humidité (sous forme de vapeur ou de liquide) et donc de présenter une variation de masse et/ou dimensionnelle en fonction du taux d'humidité auquel il est exposé. L'absorption d'humidité est désignée par le terme « reprise d'humidité » et mesurée par le taux de reprise d'humidité.
  • En assemblant sous la forme d'une membrane deux films dont les caractéristiques d'absorption d'humidité et la variation des caractéristiques dimensionnelles sont différentes, on obtient un « effet bilame » : le film hygrosensible se dilate en présence d'humidité selon au moins une des deux directions du plan du film alors que le film hydrophobe reste sensiblement invariant. Cette dilatation différentielle des deux couches de film entraine une courbure de la membrane dont la concavité se situe du côté du film hydrophobe. A l'inverse, en présence d'air sec, l'humidité emprisonnée dans le film hygrosensible disparait progressivement et le film hygrosensible se contracte selon au moins l'une des deux dimensions du plan, faisant diminuer, voire s'inverser la courbure de la membrane.
  • Avantageusement et selon l'invention, le matériau hydrophobe est choisi parmi un métal, un polychlorure de vinyle ou un polyéthylène téréphtalate. Ces matériaux sont choisis pour leur stabilité dimensionnelle en présence d'humidité.
  • Avantageusement et selon l'invention, le matériau hygrosensible est un polyamide, et plus particulièrement un polyhexaméthylène adipamide. La présence de groupements polaires rend les polyamides sensibles à l'humidité et fait varier leurs caractéristiques dimensionnelles, les rendant particulièrement propres à la réalisation d'un film hygrosensible.
  • Avantageusement et selon l'invention, la membrane est orientée de sorte que le film hygrosensible est placé en regard des ouvertures du boitier. Dès lors, la courbure de la membrane est dirigée de telle sorte que la membrane s'éloigne des ouvertures lorsque le flux gazeux qui traverse la bouche d'extraction est fortement chargé d'humidité, augmentant le passage libre entre la membrane et les ouvertures et réduisant de ce fait la perte de charge générée ce qui permet un débit de fluide important pour une différence de pression donnée. En présence d'un flux gazeux sec ou faiblement chargé en humidité, la courbure de la membrane s'inverse, rapprochant celle-ci des ouvertures du boitier et obturant au moins partiellement le passage du flux gazeux. De plus, le film hygrosensible n'est pas directement en contact avec le flux gazeux incident et est donc protégé contre les éventuels dépôts de particules grasses susceptibles d'en perturber la sensibilité.
  • Avantageusement et selon l'invention, le boitier comporte des ouïes d'entrée de fluide sur au moins un flanc du boitier en regard d'une extrémité libre de la membrane opposée à la traverse, de sorte que le flux de fluide soit orienté vers les ouvertures du boitier lorsque le flux de fluide est chargé d'humidité. Grace à ces ouïes latérales, positionnées en regard de l'extrémité libre de la membrane, le flux de fluide entrant par les ouïes est dirigé en aval de la membrane, en direction des ouvertures d'extraction, lorsque la membrane présente une courbure caractéristique d'une forte humidité, permettant ainsi d'augmenter encore le débit d'extraction du flux gazeux.
  • Avantageusement et selon l'invention, la membrane comporte deux ailes symétriques de part et d'autre d'une traverse centrale du boitier. Ainsi pour une même largeur de la bouche d'extraction, la longueur libre des ailes est réduite et celles-ci présentent une réactivité améliorées aux variations d'humidité. De plus, cette disposition permet une symétrie de la bouche d'extraction et en particulier d'augmenter les flux d'extraction en positionnant des ouïes latérales de part et d'autre du boitier.
  • L'invention s'étend également à un procédé de fabrication d'une bouche d'extraction destinée à être montée dans une lumière d'une cloison, selon lequel :
    • on utilise un boitier adapté pour pouvoir être fixé à la cloison de manière à couvrir la lumière de la cloison, doté d'ouvertures définissant un passage à travers le boitier pour la circulation d'un flux gazeux, dit flux d'extraction, selon une direction globale dite direction d'extraction et un sens dit sens d'extraction,
    • on fixe en porte à faux une membrane élastique, flexible et autoportante à une traverse du boitier en regard des ouvertures, dans une position de repos en l'absence de flux d'extraction de façon à pouvoir ployer et venir obturer partiellement les ouvertures sous l'effet d'un flux d'extraction,
    ledit procédé étant caractérisé en ce qu'on utilise une membrane présentant une courbure et/ou une élasticité variables en fonction de l'humidité s'opposant à la flexion de la membrane sous l'effet du flux d'extraction de sorte que le débit du flux d'extraction traversant la bouche est croissant en fonction de l'humidité contenue dans le flux d'extraction.
  • Avantageusement et selon l'invention, on réalise la membrane par assemblage d'au moins deux couches de matériau présentant un coefficient de dilatation en fonction de l'humidité différent.
  • Avantageusement et selon l'invention, on assemble un premier film, dit film support, constitué d'un matériau hydrophobe à un deuxième film, dit film sensible, d'un matériau, dit matériau hygrosensible, présentant un taux de reprise d'humidité supérieur ou égal à cinq fois celui du film support.
  • Avantageusement et selon l'invention, on réalise l'assemblage dans une enceinte à température et humidité relative prédéterminées en fonction des caractéristiques recherchées de la membrane. En réalisant cet assemblage dans des conditions d'environnement prédéterminées, en particulier en ce qui concerne le taux d'hygrométrie, on définit une caractéristique essentielle de la membrane : le taux d'hygrométrie nominal pour lequel la position de repos de la membrane correspond à une absence de courbure (membrane à plat).
  • Avantageusement et selon l'invention, on applique avant assemblage aux différents films une pluralité de cycles de variation du taux d'humidité. Cette étape consiste à soumettre les différents films à des cycles de sorption / désorption d'eau de durée et de conditions contrôlées et permet de stabiliser la réponse du matériau aux variations d'humidité.
  • Avantageusement et selon l'invention, on applique après assemblage à la membrane une pluralité de cycles de variation du taux d'humidité. Ces cycles de variation entre deux valeurs extrêmes du taux d'humidité relative ambiante ont pour effet de stabiliser les propriétés de l'assemblage, par exemple pour le glissement relatif entre les films.
  • Avantageusement et selon l'invention, on assemble les différentes couches de matériau par collage. Alternativement ou en combinaison, on assemble les différentes couches par soudure ou par co-extrusion. Ainsi les différents films constituant la membrane peuvent être assemblés par de nombreux procédés. Préférentiellement, le dépôt d'une couche d'adhésif, par exemple d'adhésif polyuréthane en feuille entre les faces en regard de deux films voisins suivi d'un calandrage permet d'obtenir de bons résultats. Bien entendu, d'autres moyens d'assemblage des différents films formant la membrane peuvent également être utilisés, comme par exemple une soudure aux ultrasons entre les différents films, que ce soit sur toute la surface des films ou selon un dessin adapté tel qu'un quadrillage de lignes de soudure ou une pluralité de lignes de soudure parallèles. Si les matériaux choisis pour la constitution de la membrane le permettent, il est également possible d'employer un procédé de co-extrusion des films visant à les assembler en surface lors de leur fabrication.
  • Bien entendu toutes les solutions à la portée de l'homme du métier pour assembler entre eux deux films souples peuvent être envisagées et adaptées en cas de besoin.
  • Avantageusement et selon l'invention, on détoure à chaud le bord de la membrane afin de souder les différentes couches entre elles. Une fois les différents films assemblés, par exemple en plaques d'une surface supérieure aux dimensions de la membrane utilisée dans la bouche d'extraction, la membrane est découpée aux dimensions nécessaires par une découpe au laser (pour de petites séries) ou à l'emporte-pièce (pour des séries plus importantes) présentant une lame chauffée, de manière à obtenir une soudure périphérique des différentes couches de la membrane afin de limiter les risques de délaminage de la membrane et de garantir l'étanchéité des bords de celle-ci.
  • Avantageusement et selon l'invention, on réalise la membrane par modification des propriétés de surface d'un matériau unique. Alternativement à l'assemblage d'une pluralité de couches de matériaux différents, il est possible de réaliser la membrane à partir d'une feuille homogène d'un matériau unique et de modifier les propriétés de surface de l'une des faces de la feuille.
  • Avantageusement et selon l'invention, on choisit un film de matériau hygrosensible et on en métallise l'une des faces principales. La métallisation de l'une des faces d'un film hygrosensible rend cette face imperméable et donc hydrophobe au moins en ce qui concerne l'adsorption d'eau. Dès lors, la face protégée par la métallisation est sensiblement invariante dimensionnellement (vis-à-vis de l'humidité) alors que la face opposée présente les caractéristiques de variation dimensionnelles du film hygrosensible. En présence d'humidité la face hygrosensible se dilate et la membrane présente une courbure dont la concavité est tournée vers la face métallisée.
  • Avantageusement et selon l'invention, on choisit un film de matériau hydrophobe et on traite l'une de ses faces pour la rendre sensible à l'humidité. Par exemple, on opère un traitement mécanique ou chimique pour augmenter la porosité d'une des faces du film hydrophobe. En réalisant un dépolissage mécanique ou chimique d'une face d'un film hydrophobe, on augmente ses capacités d'adsorption sur cette face qui peut alors présenter des variations dimensionnelles supérieures à celles de la face opposée en présence d'humidité.
  • L'invention concerne également une bouche d'extraction et un procédé de fabrication d'une telle bouche caractérisé en combinaison par tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci-dessus ou ci-après.
  • D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au vu de la description qui va suivre et des dessins annexés dans lesquels :
    • la figure 1 représente une coupe schématique transversale d'une bouche d'extraction selon l'invention,
    • la figure 2 représente en coupe un détail de l'extrémité de la membrane équipant une bouche d'extraction selon l'invention,
    • la figure 3 est une coupe schématique de la bouche d'extraction selon l'invention représentant les positions de repos de la membrane en présence d'un taux d'humidité relative minimum, nominal et maximum.
  • Dans la présente description, on utilise des termes tels que supérieur / inférieur, dessus / dessous, etc. en référence à la bouche d'extraction telle que représentée sur le dessin. Ceci ne préjuge en aucun cas de la position de la bouche d'extraction de l'invention qui peut être montée sur une cloison verticale ou horizontale, et ce selon une quelconque orientation angulaire par rapport à un axe de référence tel que la verticale pour un montage sur une cloison verticale par exemple. On utilise également les termes amont / aval en référence au sens de circulation du flux gazeux traversant la bouche d'extraction.
  • La bouche d'extraction 1 selon l'invention comporte un boitier 2 adapté pour couvrir une lumière 4 ménagée dans une cloison 3 séparant une pièce à ventiler d'un conduit d'évacuation de gaz par exemple. Le boitier 2 peut être adapté pour venir simplement en applique sur la cloison 3 ou bien pour être au moins partiellement encastré dans la lumière 4. Le boitier 2 comporte sur sa face supérieure une grille 20 sensiblement parallèle à la lumière 4 permettant une entrée de gaz en provenance de la pièce à ventiler. Il comporte également sur au moins un flanc 8 du boitier 2 des ouïes 14 et 15 d'entrée latérale de gaz qui seront décrites plus avant dans la suite de la description.
  • Le boitier 1 comporte également une paroi intérieure 9 séparant l'amont de l'aval et munie d'au moins une ouverture 5 permettant le passage du flux gazeux de l'amont vers l'aval. La paroi intérieure 9 comporte une partie plane, dite traverse 9a, sensiblement parallèle au plan de la grille 20. Cette traverse 9a s'étend, en fonction de la conformation du boitier 2, soit sur un flanc du boitier comme représenté à la figure 1 soit de manière centrale selon un axe de symétrie du boitier comme schématisé à la figure 3. D'autres configurations peuvent également être envisagées, comme on le verra par la suite.
  • Une membrane 6 élastique, flexible et autoportante est agencée dans le boitier 2 de manière à s'étendre en porte à faux au-dessus des ouvertures 5. La membrane 6 comporte au moins une aile 7 fixée par un de ses bords 7b sur la traverse 9a par un moyen de fixation tel qu'un ou plusieurs rivets 10. Bien entendu, lorsque le boitier 2 est agencé de manière à ce que la traverse 9b soit centrale, la membrane 6 s'étend de part et d'autre de cette traverse et comporte deux ailes 7 symétriques. La suite de la description se limitera au cas d'une seule aile 7 en porte à faux comme représenté à la figure 1, le cas de la traverse centrale et de la membrane à deux ailes symétriques s'en déduisant par symétrie.
  • La flexibilité et l'élasticité de la membrane 6 permet à l'aile 7 de prendre une position de repos à distance de l'ouverture 5 en l'absence de flux gazeux généré par une différence de pression entre l'amont et l'aval de la bouche d'extraction. En présence d'une différence de pression, un flux gazeux s'établit alors comme représenté par la flèche F de la figure 1 et l'aile 7 de la membrane 6 est suffisamment flexible pour ployer et venir progressivement masquer l'ouverture 5 de manière à réduire la section de passage et donc le débit du flux gazeux. On réalise ainsi une régulation du débit du flux gazeux en fonction de la différence de pression entre la pièce à ventiler et le conduit d'évacuation.
  • Selon l'invention, la membrane 6 se caractérise en ce que sa courbure et/ou son élasticité sont également variables en fonction de l'humidité régnant dans le flux de gaz traversant la bouche d'extraction. En particulier, la membrane est conçue pour présenter, en position de repos (c'est-à-dire en l'absence de dépression amont/aval), une courbure nulle, c'est-à-dire que l'aile 7 s'étend sensiblement dans un plan parallèle au plan de la grille 20 pour un taux d'humidité relative prédéterminé, dit taux HR nominal, du gaz traversant la bouche d'extraction. Cette position de repos de la membrane est représenté sur la figure 3 par l'esquisse en tirets repérée 18 de l'aile 7 de la membrane.
  • Lorsque le flux de gaz présente un taux d'humidité relative supérieur au taux HR nominal, la courbure de la membrane en position de repos est orientée de telle sorte que cette courbure s'oppose à la flexion de la membrane sous l'effet du flux de gaz. Par exemple, comme représenté par l'esquisse en tirets repérée 16 sur la figure3, la courbure de la membrane présente une concavité tournée vers la grille 20, à l'opposé de l'ouverture 5, en présence d'un taux d'humidité maximal HR max. De cette manière, pour une différence de pression donnée entre l'amont et l'aval de la bouche d'extraction, la flexion de l'aile 7 de la membrane en direction de l'ouverture 5 est d'autant moins prononcée que le taux d'humidité relative du flux gazeux est important.
  • A l'inverse, pour un taux d'humidité relative du flux gazeux inférieur au taux HR nominal, la courbure de la membrane en position de repos est orientée de manière à présenter une concavité en direction de l'ouverture 5, comme représenté en figure 3 par la position repérée 17 de l'aile 7 pour un taux d'humidité minimal HR min. Dans cette position, l'aile 7 se rapproche de l'ouverture 5 et pour une même différence de pression amont / aval, le flux gazeux traversant la bouche d'extraction est réduit.
  • On obtient ainsi un réglage du débit d'extraction qui est continu en fonction des deux variables humidité et dépression. Par exemple, même en présence d'une forte humidité, une forte différence de pression permet de plaquer l'aile 7 sur l'ouverture 5 et de réduire le débit du flux gazeux aux valeurs minimales de débit imposées par la réglementation.
  • Il en va de même si le paramètre variable en fonction de l'humidité est l'élasticité (ou la raideur) de la membrane. Pour une raideur de la membrane croissante en fonction de l'humidité du flux de gaz traversant la bouche d'extraction, l'aile 7 fléchira d'autant moins en direction de l'ouverture 5 et pour une même différence de pression amont / aval, le débit de gaz au travers de la bouche sera croissant en fonction de l'humidité relative du gaz.
  • Pour obtenir une membrane 6 présentant de telles caractéristiques de courbure et/ou d'élasticité variable en fonction de l'humidité relative, les inventeurs ont constaté qu'il suffisait que la membrane présente un coefficient de dilatation en fonction de l'humidité variable (de préférence de manière monotone) en fonction d'une direction normale à la surface de la membrane. Ainsi, si l'une des faces de la membrane présente un coefficient de dilatation en fonction de l'humidité supérieur au coefficient de dilatation de la face opposée de la membrane, il se produit un effet « bilame » entrainant une courbure de la membrane dont la concavité est orientée du côté de la face présentant le plus faible coefficient de dilatation. Cette propriété de dilatation en fonction de l'humidité est un phénomène connu de différents matériaux, naturels comme le crin de cheval ou synthétiques comme les polyamides et tient à l'aptitude de ces matériaux à absorber des molécules d'eau dans leur structure en présence d'humidité.
  • L'invention propose différents procédés permettant d'obtenir une membrane présentant une anisotropie du coefficient de dilatation en fonction de l'humidité orientée orthogonalement à la surface de la membrane.
  • De manière préférentielle, l'invention propose de réaliser la membrane 6 par un assemblage d'au moins deux couches de matériaux présentant des coefficients de dilatation différents en fonction de l'humidité. Par exemple, la membrane 6 peut être constituée, comme représenté à la figure 2 du dessin, d'un assemblage d'un premier film, dit film support 11, en matériau hydrophobe tel que le métal ou le polychlorure de vinyle (PVC) ou encore le polyéthylène téréphtalate (PET), avec un deuxième film, dit film hygrosensible 12 constitué d'un matériau hygrosensible. Le film support 11 est d'une épaisseur variant entre 0 et 300 µm en fonction du matériau utilisé. Par exemple, pour obtenir une membrane 6 adaptée pour un fonctionnement de la bouche d'extraction avec une différence de pression amont / aval de 5 à 30 Pa, on utilise un film PVC de 150µm d'épaisseur.
  • Pour obtenir une variation de courbure de la membrane suffisamment sensible pour l'utilisation prévue, on sélectionne un matériau hygrosensible présentant un taux de reprise d'humidité, c'est-à-dire une aptitude à absorber des molécules d'eau dans sa structure, qui soit au moins cinq fois supérieur à celui du matériau hydrophobe du film support 11. De manière préférentielle, on sélectionne un matériau hygrosensible parmi les polyamides, et plus particulièrement un polyhexaméthylène adipamide (PA6-6). Le film hygrosensible 12 est en général choisi d'une épaisseur variant entre 0 et 100µm. À titre d'exemple de film hygrosensible utilisable pour obtenir une membrane 6 présentant les caractéristiques précédemment citées, on peut employer le film commercialisé par la marque AEROVAC sous la référence CAPRAN 526 en épaisseur de 50 µm (préféré) ou 75 µm.
  • L'assemblage du film support 11 avec le film hygrosensible 12 est préférentiellement réalisé par collage au moyen d'un film de colle 13, déposé par différents procédés (pulvérisation, extrusion, interposition d'un film de colle avec ou sans support, etc.) Différentes compositions de colles peuvent être employées, par exemple des colles polyuréthane ou acryliques. En fonction du procédé d'application de la colle, le film de colle peut présenter une épaisseur variant entre 0 et 100µm. Par exemple, il est possible d'utiliser des films à transfert d'adhésif commercialisés par la société 3M sous les références 9453 (acrylique 89µm), 9471 (acrylique 50µm)
  • D'autres moyens d'assemblage peuvent être envisagés, comme la soudure des films entre eux au moyen d'ultrasons ou d'hyperfréquences, conduisant à un échauffement uniformément réparti ou localisé entre les surfaces en contact des deux films. Dans le cas d'une soudure localisée, différentes formes de soudures peuvent être envisagées : en lignes parallèles, en croisillons, etc.
  • Il est de même possible d'envisager la production d'une membrane 6 par co-extrusion des films support et hygrosensible.
  • Les caractéristiques de courbure en fonction de l'humidité d'une membrane 6 ainsi réalisée sont fonction des matériaux utilisés, de la méthode d'assemblage, etc. Il est donc nécessaire de définir un procédé de fabrication de la membrane 6 qui permette de réaliser une membrane correspondant aux caractéristiques attendues en matière de taux d'humidité relatif nominal, taux pour lequel la membrane est sensiblement plane.
  • Le procédé de fabrication de la membrane, par exemple pour un assemblage par collage, comporte donc les étapes suivantes :
    • Cyclage avant assemblage : On soumet le film hygrosensible à des cycles de sorption / désorption d'eau par exposition successive de durée contrôlée à des ambiances à forte humidité relative (85-100% HR - 2 heures) puis à faible humidité relative (0-35% HR - 1 heure) afin de stabiliser la réponse du matériau vis-à-vis de l'humidité.
    • Étape de stabilisation : les différents éléments constituant la membrane sont soumis pendant une durée prédéterminée (de l'ordre de quelques heures) à une ambiance contrôlée en température et humidité correspondant aux conditions de température et d'humidité nominales souhaitées pour la membrane.
    • Assemblage en atmosphère contrôlée : L'assemblage de la membrane se déroule dans les mêmes conditions d'ambiance que l'étape de stabilisation et comporte les sous-étapes suivantes :
      • ▪ Dégraissage et préparation de surface des films support 11 et hygrosensible 12. La préparation de surface peut comporter une ou plusieurs opérations visant à améliorer l'adhérence des films, par exemple opérations mécaniques telles que sablage, dépolissage ; chimiques telles que flammage, traitement UV, plasma, Corona, etc. ; application de primaires d'accrochage ou de promoteurs d'adhérence...
      • ▪ Application de l'adhésif par tout procédé connu (projection, pulvérisation, extrusion, application d'un film transfert...)
      • ▪ Collage des films à plat de manière à définir un profil plan de la membrane pour les conditions d'humidité et de température déterminées
      • ▪ Durcissement de l'adhésif par tout moyen approprié en fonction de l'adhésif utilisé (UV, température, etc.)
    • Cyclage final: la membrane assemblée est soumise à des cycles de sorption / désorption d'eau de même type que ceux appliqués au matériau hygrosensible en début de processus. Cette étape a pour but de stabiliser les propriétés de la membrane assemblée (précontrainte et/ou glissement relatif des couches entre elles par exemple).
    • Découpe aux dimensions : cette étape peut être réalisée en suite des étapes précédentes ou bien être différée pour être intégrée dans le procédé d'assemblage de la bouche d'extraction. Préférentiellement le détourage de la membrane aux dimensions requises est effectué à chaud, par exemple au moyen d'un laser ou d'un emporte-pièce chauffé de manière à souder les deux films entre eux le long du bord de la membrane en une soudure 19. Grâce à cette soudure du bord, on limite les risques de délaminage de la membrane.
    • Étuvage / emballage / stockage : les membranes prédécoupées ou les plaques ou rouleaux de membrane sont ensuite étuvés en ambiance contrôlée pour limiter l'humidité lors du stockage, puis emballés de manière étanche avant d'être dirigés vers les étapes d'assemblage de la bouche d'extraction.
  • Lors de l'assemblage de la bouche d'extraction, on fixe la membrane 6 sur la traverse 9b du boitier par des moyens de fixation tels que des rivets 10. Lors de la fixation de la membrane 6, on oriente celle-ci de manière à ce que le film hygrosensible 12 soit orienté vers l'ouverture 5 en regard de celle-ci. Outre que cette disposition est nécessaire sur le plan fonctionnel pour orienter correctement la courbure de la membrane, on constate que de cette manière, le flux de gaz représenté par la flèche F sur la figure 1 ne frappe pas directement sur le film hygrosensible et les éventuelles particules grasses qui peuvent être transportées par ce flux ne se déposent pas sur le film hygrosensible. Une bouche d'extraction selon l'invention est donc beaucoup moins sensible à l'encrassement et à la perte de performance liée à celui-ci qu'une bouche d'extraction de la technique antérieure dans laquelle le flux d'extraction traverse une tresse sensible à l'humidité.
  • Les autres étapes du procédé de fabrication de la bouche d'extraction selon l'invention sont des étapes d'assemblage mécanique classiques à la portée de l'homme du métier et ne sont donc pas décrites de manière plus détaillée.
  • Bien entendu, il existe d'autres possibilités pour réaliser une membrane 6 présentant les caractéristiques de l'invention. Par exemple, on peut choisir un film constitué d'un matériau unique et en modifier les propriétés de surface, par exemple la capacité d'adsorption de l'une des faces pour introduire une anisotropie du coefficient de dilatation en fonction de l'humidité.
  • Par exemple, la membrane 6 peut être formée à partir d'un film unique de matériau hygrosensible dont on métallise l'une des faces, par exemple par dépôt en phase vapeur. Dans ce cas, la face métallisée devient hydrophobe et empêche la pénétration d'humidité sur cette face. La quantité de molécules d'eau absorbées par le film hygrosensible juste au-dessous de la métallisation de surface est alors très inférieure à celle absorbée par la face non métallisée ce qui conduit à une dilatation due à l'humidité différente entre les deux faces et donc à une courbure variable en fonction de l'humidité.
  • De même il peut être envisagé de partir d'un film hydrophobe et d'en traiter l'une des faces pour augmenter sa capacité d'adsorption, par exemple par un dépolissage chimique ou mécanique permettant une entrée en surface des molécules d'eau et donc une dilatation de la face traitée supérieure à celle de la face opposée.
  • Comme on l'a vu précédemment, le boitier 2 comporte également sur au moins un flanc 8 du boitier 2 des ouïes 14 et 15 d'entrée latérale de gaz. Ces ouïes 14 et 15 sont disposées de manière à coopérer avec l'extrémité 7a de l'aile 7 de la membrane 6. Par exemple, l'ouïe 14 est placée de manière à être en amont de l'extrémité 7a de la membrane lorsque celle-ci est dans la position repérée 17 à la figure 3, position correspondant à un taux d'humidité relative minimum HR min. Le flux F1 additionnel de gaz en provenance de la pièce à ventiler passant par l'ouïe 14 est donc dévié en amont de celle-ci et est soumis à la restriction de débit formée par l'aile 7 de la membrane au-dessus de l'ouverture 5. Dès lors que l'humidité du gaz augmente, l'aile 7 de la membrane se relève et le flux F1 additionnel est directement dirigé vers l'ouverture 5 dans une proportion atteignant 100% lorsque l'humidité du gaz atteint le taux HR nominal. Il en va de même pour l'ouïe 15 qui est disposée de manière à orienter un flux F2 additionnel vers l'ouverture 5 dès lors que l'humidité du gaz dépasse le taux HR nominal pour atteindre le taux maximal HR max.
  • Grâce à cette disposition, en présence d'un fort taux d'humidité, les flux additionnels d'extraction F1 et F2 circulent au-dessous de l'aile 7 de la membrane et ne contribuent donc pas à faire ployer celle-ci vers l'ouverture 5. En conséquence, le débit d'extraction est maximum quelle que soit la différence de pression régnant entre l'amont et l'aval. La régulation du débit est donc prioritairement fonction de l'humidité.
  • À taux d'humidité moyen, la majorité du flux gazeux traversant la bouche d'extraction suit le trajet matérialisé par la flèche F à la figure 1 et contribue à faire ployer la membrane vers l'ouverture 5, permettant ainsi une régulation automatique du débit du flux gazeux en fonction de la différence de pression amont / aval. La régulation du débit est donc prioritairement fonction de la différence de pression.
  • À faible taux d'humidité, les effets de l'humidité et de la différence de pression se cumulent pour réduire le débit de ventilation.
  • La bouche d'extraction selon l'invention présente donc des caractéristiques de débit variable en fonction simultanément des deux paramètres importants conditionnant la salubrité et l'économie d'énergie que sont la différence de pression entre la pièce à ventiler et le conduit d'évacuation et l'humidité régnant dans la pièce à ventiler.
  • Bien entendu, cette description est donnée à titre d'exemple illustratif uniquement et l'homme du métier pourra y apporter de nombreuses modifications sans sortir de la portée de l'invention, comme par exemple réaliser une bouche d'extraction cylindrique, dans laquelle une membrane 6 circulaire est fixée en son centre et se déforme en coupe dont la concavité est tournée vers l'amont en présence d'un fort taux d'humidité.

Claims (17)

  1. Bouche (1) d'extraction de gaz destinée à être montée dans une lumière (4) d'une cloison (3), comprenant :
    - un boitier (2) adapté pour pouvoir être fixé à la cloison de manière à couvrir la lumière de la cloison, doté d'ouvertures (5) définissant un passage à travers le boitier pour la circulation d'un flux gazeux, dit flux d'extraction (F), selon une direction globale dite direction d'extraction et un sens dit sens d'extraction,
    - une membrane (6) élastique, flexible et autoportante, comportant au moins une aile (7) fixée par un bord (7b) à une traverse (9b) du boitier et s'étendant en porte à faux en regard des ouvertures, dans une position de repos en l'absence de flux d'extraction de façon à pouvoir ployer et venir obturer partiellement les ouvertures sous l'effet d'un flux d'extraction, afin de limiter un débit du flux gazeux sous l'effet d'une différence de pression de part et d'autre de la cloison,
    caractérisée en ce que la membrane (6) présente une courbure et/ou une élasticité variables en fonction de l'humidité s'opposant à la flexion de la membrane sous l'effet du flux d'extraction de sorte que le débit du flux d'extraction traversant la bouche est simultanément variable en fonction de l'humidité contenue dans le flux d'extraction et de la différence de pression de part et d'autre de la cloison.
  2. Bouche d'extraction selon la revendication 1, caractérisée en ce que la membrane (6) présente un coefficient de dilatation en fonction de l'humidité anisotrope selon une direction normale à la surface de la membrane.
  3. Bouche d'extraction selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la membrane est formée d'au moins deux couches (11, 12) de matériau présentant un coefficient de dilatation en fonction de l'humidité différent.
  4. Bouche d'extraction selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la membrane comporte un premier film, dit film support (11), d'un matériau hydrophobe assemblé à un deuxième film, dit film hygrosensible (12), constitué d'un matériau, dit matériau hygrosensible, présentant un taux de reprise d'humidité supérieur ou égal à cinq fois celui du film support.
  5. Bouche d'extraction selon la revendication 4, caractérisée en ce que le matériau hydrophobe est choisi parmi un métal, un polychlorure de vinyle ou un polyéthylène téréphtalate et en ce que le matériau hygrosensible est un polyamide, notamment un polyhexaméthylène adipamide.
  6. Bouche d'extraction selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que la membrane est orientée de sorte que le film hygrosensible (12) est placé en regard des ouvertures (5) du boitier.
  7. Bouche d'extraction selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le boitier comporte des ouïes (14, 15) d'entrée de fluide sur au moins un flanc (8) du boitier (2) en regard d'une extrémité (7a) libre de la membrane opposée à la traverse (9b), de sorte que le flux de fluide soit orienté vers les ouvertures du boitier lorsque le flux de fluide est chargé d'humidité.
  8. Bouche d'extraction selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la membrane comporte deux ailes symétriques de part et d'autre d'une traverse centrale du boitier.
  9. Procédé de fabrication d'une bouche (1) d'extraction destinée à être montée dans une lumière (4) d'une cloison (3), selon lequel :
    - on utilise un boitier (2) adapté pour pouvoir être fixé à la cloison de manière à couvrir la lumière de la cloison, doté d'ouvertures (5) définissant un passage à travers le boitier pour la circulation d'un flux gazeux, dit flux d'extraction (F), selon une direction globale dite direction d'extraction et un sens dit sens d'extraction,
    - on fixe en porte à faux une membrane (6) élastique, flexible et autoportante à une traverse (9b) du boitier en regard des ouvertures, dans une position de repos en l'absence de flux d'extraction de façon à pouvoir ployer et venir obturer partiellement les ouvertures sous l'effet d'un flux d'extraction,
    ledit procédé étant caractérisé en ce qu'on utilise une membrane présentant une courbure et/ou une élasticité variables en fonction de l'humidité s'opposant à la flexion de la membrane sous l'effet du flux d'extraction de sorte que le débit du flux d'extraction traversant la bouche est croissant en fonction de l'humidité contenue dans le flux d'extraction.
  10. Procédé de fabrication d'une bouche d'extraction selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'on réalise la membrane par assemblage d'au moins deux couches (11, 12) de matériau présentant un coefficient de dilatation en fonction de l'humidité différent.
  11. Procédé de fabrication d'une bouche d'extraction selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'on assemble un premier film, dit film support (11), constitué d'un matériau hydrophobe à un deuxième film, dit film hygrosensible (12), d'un matériau, dit matériau hygrosensible, présentant un taux de reprise d'humidité supérieur ou égal à cinq fois celui du film support.
  12. Procédé de fabrication d'une bouche d'extraction selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce qu'on réalise l'assemblage dans une enceinte à température et humidité relative prédéterminées en fonction des caractéristiques de la membrane (6).
  13. Procédé de fabrication d'une bouche d'extraction selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce qu'on assemble les différentes couches de matériau par un procédé choisi parmi le collage (13), la soudure et la co-extrusion.
  14. Procédé de fabrication d'une bouche d'extraction selon l'une des revendications 10 à 13, caractérisé en ce qu'on détoure à chaud le bord de la membrane afin de souder les différentes couches entre elles.
  15. Procédé de fabrication d'une bouche d'extraction selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'on réalise la membrane par modification des propriétés de surface d'un matériau unique.
  16. Procédé de fabrication d'une bouche d'extraction selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'on choisit un film de matériau sensible à l'humidité et en ce qu'on en métallise l'une des faces principales.
  17. Procédé de fabrication d'une bouche d'extraction selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'on choisit un film de matériau hydrophobe et en ce qu'on opère un traitement mécanique ou chimique pour augmenter la porosité d'une des faces du film hydrophobe.
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