FR2524972A1

FR2524972A1 - Air heater for e.g. air conditioning system - uses fan to force air past heat exchangers which may be supplied from various heat sources

Info

Publication number: FR2524972A1
Application number: FR8206704A
Authority: FR
Inventors: William Villebrun
Original assignee: VILLEBRUN
Current assignee: VILLEBRUN
Priority date: 1982-04-13
Filing date: 1982-04-13
Publication date: 1983-10-14
Also published as: FR2524972B1

Abstract

The heater is housed in an insulated enclosure (1) with an air inlet (2,3) at the base and an air outlet (4,5) at the top. A drum circulation fan (7) is mounted in the bottom of the enclosure along with its drive motor. The fan is used to draw in fresh air and force the air over a stack of heat exchangers, which may be supplied with heat energy from various sources: for example, solar heat, circulating hot water, or electric energy. The heat exchanger elements are mounted horizontally on brackets fitted to walls of the enclosure, with the various supplies needed fitted inside the enclosure. An air filter (6) is fitted between the air inlet and the circulation fan.

Description

L'invention est relative à la production d'air chaud, utile pour diverses applications, notamment de chauffage, de climatisation, ou de séchage. Elle concerne plus particulièrement un procédé pour cette production et un dispositif pour sa mise oeuvre. Elle s'avère particulièrement intéressante dans le domaine du chauffage à basse température par air, aussi est-ce en relation avec cette utilisation particulière qu'elle va être exposée. The invention relates to the production of hot air, useful for various applications, in particular for heating, air conditioning, or drying. It relates more particularly to a process for this production and a device for its implementation. It turns out to be particularly interesting in the field of low temperature air heating, so it will be exposed in connection with this particular use.

Il est courant pour le chauffage à basse température par air d'utiliser des caissons de ventilation ou des armoires de traitement d'air. Dans ces dispositifs connus, l'air à traiter est réchauffé au contact d'une batterie chaude du type échangeur à ailettes à grande surface de chauffe et l'air chaud est expulsé de l'enceinte vers l'utilisation par un ventilateur, un filtre pouvant le débarrasser de ses poussières en amont ou en aval du ventilateur.Un inconvénient de ces dispositifs tient au fait que la chaleur fournie à la batterie chaude y provient d'une source unique d'énergie primaire, en général électrique, sans que soit prévue la possibilité de faire appel, même au moins partiellement, à des sources d'énergie moins nobles mais cependant localement disponibles selon les circonstances et de moindre colt, telles que la chaleur solaire ou géothermique ou en provenance d'un récupérateur, de cheminée par exemple, ou d'une pompe à chaleur. It is common for low temperature air heating to use ventilation boxes or air handling cabinets. In these known devices, the air to be treated is heated in contact with a hot coil of the fin heat exchanger type with a large heating surface and the hot air is expelled from the enclosure towards use by a fan, a filter able to rid it of its dust upstream or downstream of the fan. A drawback of these devices is that the heat supplied to the hot battery comes from a single source of primary energy, generally electrical, without being provided for. the possibility of calling, even at least partially, on less noble energy sources which are however locally available depending on the circumstances and of lower cost, such as solar or geothermal heat or coming from a recuperator, chimney for example , or a heat pump.

Par ailleurs, le fait que le ventilateur soit du côté aval du dispositif, c'est-à-dire dans la zone où la température est la plus élevée pose d'autres problèmes : si le moteur d'entrainement est intérieur au caisson, l'influence de la chaleur raccourcit considérablement sa durée de vie et rend son réglage aléatoire surtout du fait de la présence de courroies et de poulies et, s'il est extérieur, ce qui est souvent le cas, du fait du passage des courroies, c'est au prix d'une mauvaise étanchéité et d'une rigidité insuffisante des caissons. Furthermore, the fact that the fan is on the downstream side of the device, that is to say in the zone where the temperature is the highest, poses other problems: if the drive motor is inside the box, the influence of heat considerably shortens its lifespan and makes its adjustment random mainly because of the presence of belts and pulleys and, if it is external, which is often the case, due to the passage of the belts, c 'is at the cost of poor sealing and insufficient rigidity of the boxes.

L'invention a pour but de remédier à ces insuffisanoes en proposant un procédé de production d'air chaud dans lequel l'air à traiter passe sur des échangeurs successifs alimentés par des sources d'énergie primaire de natures différentes, ces échangeurs fonctionnant à des températures croissant de l'amont vers l'aval de l'écoulement. Avantageusement l'air est poussé vers les échangeurs et non aspiré depuis l'aval dans la station de traitement. The object of the invention is to remedy these insufficiencies by proposing a process for producing hot air in which the air to be treated passes over successive exchangers supplied by primary energy sources of different natures, these exchangers operating at temperatures increasing from upstream to downstream of the flow. Advantageously, the air is pushed towards the exchangers and not sucked in from downstream in the treatment station.

L'invention propose également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, du type armoire de traitement dans lequel des batteries d'échangeurs alimentées par des sources différentes sont placées en étages successifs et où avantageusement un ventilateur placé en amont souffle l'air à traiter sur les batteries d'échangeurs. The invention also provides a device for implementing the method, of the treatment cabinet type in which batteries of exchangers supplied by different sources are placed in successive stages and where advantageously a fan placed upstream blows the air to treat on exchanger batteries.

Pour l'intelligence de la description du procédé et du dispositif selon l'invention qui suit, on se référera aux dessins dont - la figure 1 représente schématiquement en perspective, porte d'accès enlevée, une armoire de production d'air chaud selon l'invention, avec batteries d'échangeurs placées en étages sous forme de tiroirs, - la figure 2 montre plus particulièrement une disposition avantageuse dans l'armoire, des organes de fonctionnement "chuds" associes à une chaudière à eau alimentant t 'échangeur correspondant. For the understanding of the description of the process and of the device according to the invention which follows, reference will be made to the drawings of which - FIG. 1 diagrammatically in perspective, access door removed, a cabinet for producing hot air according to the invention. invention, with batteries of exchangers placed in stages in the form of drawers, - Figure 2 shows more particularly an advantageous arrangement in the cabinet, "chuds" operating members associated with a water boiler supplying the corresponding exchanger.

On voit à la figure 1 une représentation schématique d'un dispositif illustrant bien l'invention. Il se présente sous la forme extérieure classique d'une armoire parallélépipédiqe, constituée de parois verticales 1 avantageusement isolées thermiquement, la paroi antérieure ou porte d'accès ayant été enlevée pour la clarté. A sa partie inférieure elle comporte un caisson ou plénum d'admission 2 de 11air à traiter qui y pénètre de l'extérieur par une prise d'air 3 située de préférence à l'arrière. A sa partie supérieure, l'armoire comporte cn caisson ou plenum de soufflage 4 d1où l'air qui a transité dans l'armoire où il a été réchauffé est évacué par un ou plusieurs conduits de soufflage 5 qui peuvent etre éventuellement raccordés à un réseau de distribution par gaines de façon connue.L'armoire constitue une enceinte isolée ne communiquant avec l'ambiance que par la prise d'air 3 et éventuellement son évacuation en 5. We see in Figure 1 a schematic representation of a device illustrating the invention. It is in the conventional external form of a parallelepiped cabinet, consisting of vertical walls 1 advantageously thermally insulated, the front wall or access door having been removed for clarity. At its lower part it comprises an intake air box or plenum 2 of 11air to be treated which enters there from the outside by an air intake 3 preferably located at the rear. At its upper part, the cabinet has a blowing box or plenum 4 d1 where the air which has passed through the cabinet where it has been heated is evacuated by one or more blowing conduits 5 which can optionally be connected to a network duct distribution in a known manner. The cabinet constitutes an isolated enclosure communicating with the atmosphere only by the air intake 3 and possibly its evacuation at 5.

L'air frais présent dans le plénum d'admission 2 est aspiré à travers un filtre 6 qui le purifie, par un ventilateur 7 disposé immédiatement au-dessus, et est soufflé vers le haut dans la section de réchauffage 8 de lbrmoire, située entre le ventilateur 7 et le plénum de soufflage 4. Un humidificateur 9 permet de contrôler le degré d'hygrométrie de l'air transitant dans l'armoire. Comme représenté, le filtre 6 est avantageusement porté par un cadre sous forme de tiroir amovible guidé dans des glissières, ce qui en rend l'entretien ou le remplacement particulièrement aisé. The fresh air present in the intake plenum 2 is sucked through a filter 6 which purifies it, by a fan 7 placed immediately above, and is blown upwards in the reheating section 8 of the cabinet, located between the fan 7 and the blowing plenum 4. A humidifier 9 makes it possible to control the degree of hygrometry of the air passing through the cabinet. As shown, the filter 6 is advantageously carried by a frame in the form of a removable drawer guided in slides, which makes maintenance or replacement particularly easy.

On notera que le ventilateur 7 est situé au niveau de l'admission de l'air frais en amont de la section de réchauffage 8. Il est donc dans la partie froide du dispositif et son moteur d'entrainement peut donc sans difficulté lui être immédiatement juxtaposé ce qui supprime les problèmes posés par un moteur extérieur. Non seulement le moteur est refroidi par l'air frais arrivant, mais l'air est ainsi préchauffé avant d'atteindre la section de réchauffage 8. Note that the fan 7 is located at the intake of fresh air upstream of the heating section 8. It is therefore in the cold part of the device and its drive motor can therefore without difficulty be immediately juxtaposed which eliminates the problems posed by an external engine. Not only is the engine cooled by the incoming fresh air, but the air is thus preheated before reaching the heating section 8.

La section de réchauffage 8 de l'armoire comprend plusieurs échangeurs 10A, lOB, etc... disposés en étages les uns à la suite des autres. L'air soufflé vers le haut par le ventilateur 7 les lèche successivement avant d'atteindre le plénum de soufflage 4 et partir vers l'utilisation. The reheating section 8 of the cabinet comprises several exchangers 10A, lOB, etc., arranged in stages one after the other. The air blown upwards by the fan 7 successively licks them before reaching the blowing plenum 4 and leaving for use.

Contrairement à l'état connu de la technique les échangeurs lOA, lOB, etc... correspondent non seulement à au moins deux sources d'énergie primaire différentes, ce qui présente les avantages évoqués dans l'introduction (diversification, récupération), mais leur succession est déterminée de manière telle que la chaleur qu'ils sont susceptibles de fournir à l'air qui les baigne se présente sous des températures croissant de l'amont vers l'aval. Cette disposition présente l'avantage considérable que c'est d'abord l'énergie à basse température qui réchauffe l'air, puis à une température plus élevée et éventuellement à la température maximale si nécessaire, ce qui permet de n'utiliser les derniers étages que si l'air qui vient les lécher n'a pas atteint auparavant la temp6- rature voulue, d'où une économie d'énergie systématique.Cet avantage se trouve encore renforcé par le fait que ces énergies à basse température sont souvent localement disponibles et d'un prix de revient bien inférieur à celui de l'énergie "noble" à haute température fournie par l'électricité. Unlike the known state of the art, exchangers LOA, LOB, etc., correspond not only to at least two different primary energy sources, which has the advantages mentioned in the introduction (diversification, recovery), but their succession is determined in such a way that the heat which they are capable of supplying to the air which bathes them comes under increasing temperatures from upstream to downstream. This arrangement has the considerable advantage that it is first the energy at low temperature which heats the air, then at a higher temperature and possibly at the maximum temperature if necessary, which makes it possible to use the last stages only if the air which comes to lick them has not previously reached the desired temperature, hence a systematic energy saving. This advantage is further reinforced by the fact that these energies at low temperature are often locally available and cost much lower than that of "noble" high temperature energy supplied by electricity.

Ainsi, dans l'exemple représenté à la figure 1 on peut disposer, dans l'ordre, d'amont en aval, c'est-à-dire de bas en haut, d'un échangeur lOA alimenté par capteurs solaires, puis d'un échangeur lOB alimenté par chaudière à production d'eau chaude, puis d'un échangeur lOC alimenté par un dispositif du genre récupérateur de chaleur d'un foyer, chenets hydrauliques par exemple, puis enfin d'un dernier échangeur lOD fonctionnant à l'électricité. D'autres échangeurs non représentés (énergie géothermique, pompe à chaleur ...) peuvent selon leur température de fonctionnement être, selon les circonstances, substitués à certains de ceux énumérés ou encore intercalés dans leur suite. Thus, in the example represented in FIG. 1, it is possible, in order, from upstream to downstream, that is to say from bottom to top, of an exchanger lOA supplied by solar collectors, then d '' a lOB exchanger supplied by a boiler producing hot water, then a lOC exchanger supplied by a device of the heat recovery type from a household, hydraulic andirons for example, then finally a last lOD exchanger operating at 'electricity. Other exchangers not shown (geothermal energy, heat pump, etc.) may, depending on their operating temperature, be substituted for some of those listed, or even inserted in their suite, depending on the circumstances.

La disposition choisie permet de faire appel d'abord à l'énergie momentanément disponible indépendamment du fonctionnement du dispositif de production d'air chaud : solaire, géothermique, chenEts hydrauliques. The arrangement chosen makes it possible to first call on the energy temporarily available independently of the operation of the hot air production device: solar, geothermal, hydraulic channels.

Si celle-ci est suffisante pour l'obtention de la température d'air voulue, l'alimentation en électricité de l'échangeur terminal lOD pourra ê- tre épargnée. De même l'échangeur lOB, lié à la chaudière, ne délivrera pas de chaleur si l'air qui le baigne est déjà assez réchauffé, il ne se refroidira donc pas, et le fonctionnement de la chaudière par sa régulation propre sera épargné. D'autres combinaisons sont évidemment possibles.If this is sufficient to obtain the desired air temperature, the electricity supply to the terminal exchanger lOD can be saved. Similarly, the lOB exchanger, linked to the boiler, will not deliver heat if the air which bathes it is already sufficiently heated, it will therefore not cool, and the operation of the boiler by its own regulation will be spared. Other combinations are obviously possible.

Ainsi, on peut sans problème prévoir de privilégier le fonctionnement de l'échangeur électrique par rapport à celui lié à la chaudière pendant les heures dites creuses à tarif avantageux. On pourrait aussi placer un premier échangeur électrique travaillant pendant ces heures creuses, en amont de celui lié à la chaudière et un second en aval, n'intervenant en dehors des heures creuses qu'en cas de nécessité, toutes les autres sources étant prioritaires.Thus, one can without problem plan to favor the operation of the electric exchanger over that linked to the boiler during so-called off-peak hours at an advantageous rate. One could also place a first electric exchanger working during these off-peak hours, upstream of the one linked to the boiler and a second downstream, intervening outside off-peak hours only when necessary, all other sources being priority.

On voit donc qu'il y a ainsi autorégulation de l'armoire pour fonctionner au moindre colt. Seul le fonctionnement du ventilateur doit être régulé : il ltest facilement et de façon connue au moyen d'un rhéostat, commandé par un thermostat d'ambiance. So we see that there is thus self-regulation of the cabinet to operate at the slightest colt. Only the operation of the fan must be regulated: it is easily and in known manner by means of a rheostat, controlled by a room thermostat.

Comme l'illustre bien la figure 1, la conception de la section de réchauffage 8 avec ses échangeurs lOA, ..., 100 disposés en étages successifs se prête à une construction modulaire extrêmement pratique sous forme de tiroirs amovibles interchangeables. Pour sortir un tiroir, il suffit alors de démonter les deux raccords d'arrivée et sortie du fluide calorifique dans l'échangeur. L'ordre des tiroirs peut donc être modifié à volonté due même que peuvent entre réservés des étages pour des tiroirs correspondant à des sources d'énergie primaire qui pourraient devenir disponibles dans le futur. As illustrated in FIG. 1, the design of the reheating section 8 with its exchangers 10A, ..., 100 arranged in successive stages lends itself to an extremely practical modular construction in the form of interchangeable removable drawers. To remove a drawer, it suffices to disassemble the two inlet and outlet fittings for the heat transfer fluid in the exchanger. The order of the drawers can therefore be changed at will, even if floors can be reserved between drawers corresponding to primary energy sources that may become available in the future.

La figure 2 illustre une disposition qu'il est particulièrement intéressant d'adopter en association avec les échangeurs lOA, lOB, notamment pour celui lOB qui est lié à la chaudière puisque c'est celui que l'on rencontre le plus souvent, et dont la chaleur est en général parmi les plus chères.Selon cette disposition, les accessoires techniques chauds situés entre la source et l'échangeur se trouvent de préférence situés dans l'armoire et solidaires du même tiroir que l'échan geur, Ainsi, dans l'exemple de la figure 2 pour l'échangeur lOB lié à la chaudière, on reconnait l'ensemble technique classique : conduits d'arrivée et de retour ll équipés de purgeurs 12, vanne à quatre voies 13, circulateur 14 sur le retour, boisseau de purge 15, vase d'expansion 16, alimentation en eau froide 17 et les flexibles 18 sortant de l'armoire pour la connexion au circuit de chaudière par les vannes de sectionnement 19. Ces accessoires sont nus et participent ainsi au réchauffement de l'air alors que s'ils étaient à l'extérieur de l'armoire, il faudrait les isoler pour réduire les pertes. On gagne donc à la fois en isolation et en encombrement. L'argument de l'isolation n'est pas valable pour le circulateur 14 dont le moteur a toujours besoin d'être refroidi. C'est la raison pour laquelle il est judicieux de le placer sur le retour et également à l'intérieur de l'armoire, sous l'échangeur lOB, là où l'air frais est à la plus basse température et le refroidit par convection forcée par le ventilateur 7. La nécessité de refroidir le circulateur 14 est donc tournée à l'avantage des performances de l'installation. FIG. 2 illustrates a provision which it is particularly advantageous to adopt in association with the exchangers lOA, lOB, in particular for that lOB which is linked to the boiler since it is the one that is encountered most often, and whose heat is generally among the most expensive.According to this arrangement, the hot technical accessories located between the source and the exchanger are preferably located in the cabinet and integral with the same drawer as the exchanger, Thus, in the 'example of Figure 2 for the lOB exchanger linked to the boiler, we recognize the classic technical set: inlet and return pipes ll equipped with traps 12, four-way valve 13, circulator 14 on the return, bushel purge 15, expansion tank 16, cold water supply 17 and the hoses 18 leaving the cabinet for connection to the boiler circuit by the shut-off valves 19. These accessories are bare and thus participate in the heating of the air while if they were outside the cabinet, they should be isolated to reduce losses. We therefore gain both in insulation and space. The insulation argument is not valid for circulator 14 whose engine still needs to be cooled. This is why it is wise to place it on the return and also inside the cabinet, under the lOB exchanger, where the fresh air is at the lowest temperature and cools it by convection. forced by the fan 7. The need to cool the circulator 14 is therefore turned to the advantage of the performance of the installation.

La description de l'invention qui précède repose sur l'hypothese d'une application au chauffage, mais il est clair que les mêmes principes peuvent être mis en oeuvre pour d'autres applications faisant appel à de l'air chaud, comme c'est le cas par exemple du séchage. Selon l'application particulière, des modifications pourront donc être apportées sans pour autant sortir du cadre de l'invention. The description of the above invention is based on the assumption of an application to heating, but it is clear that the same principles can be implemented for other applications using hot air, such as for example, drying. Depending on the particular application, modifications may therefore be made without departing from the scope of the invention.

Claims

1 - Process for the production of hot air in which the fresh air to be treated passes into forced circulation in a single enclosure isolated from the environment and where it is heated before being evacuated to use, characterized by the fact that it consists in pushing the fresh air on successive exchangers by means of a fan.

2 - Process according to claim 1, characterized in that the successive exchangers are supplied with heat from primary energy sources of different natures.

3 - Process according to claim 1 or claim 2, characterized in that the energy sources are chosen so that the successive exchangers operate at increasing temperatures from upstream to downstream of the flow.

4 - Device for implementing the method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises, in an enclosure (l) isolates ue 17ambiance, between an input (2, 3) and - an outlet (4, 5) for air, in order, a fan (7) and successive heat exchangers (10A, ..., D) 5 - Device for carrying out the method according to claim 4, characterized by the fact that the fan drive motor (7) - is inside the enclosure (1) upstream of the exchangers (10A, 100).

6 - Device for implementing the method according to claim 4 or claim 5, characterized in that the enclosure (1) is in the form of a cabinet (1) and that the exchangers (10A,. .. 1DD) are carried by drawers arranged one after the other.

7 - Device for implementing the method according to any one of claims 4 to 6, characterized in that it comprises at least two exchangers (10A, ... 1UD) supplied respectively from upstream to downstream, by at least two of the following heat sources: solar collector, water boiler, electrical energy.

8 - Device for implementing the method according to any one of claims 4 to 7, characterized in that it comprises an exchanger (lOB) fed by a hot water boiler including technical accessories (11 to 18) are arranged in the enclosure (1).

9 - Device for implementing the method according to claim 8, characterized in that said technical accessories (11 to 18) are arranged upstream of the corresponding exchanger (lOB).

10 - Device for implementing the method according to any one of claims 4 to 9, characterized in that it comprises upstream of the fan (7) a filter (6) for purifying the air admitted into the 'enclosure (1).