FR2773392A1 - Procede et dispositif de climatisation par tubes a gaz pulse - Google Patents

Abstract

Suivant l'invention on assure la climatisation par refroidissement d'une atmosphère d'air ambiant à partir d'un débit continu d'air préalablement comprimé. Celui-ci alimente une pluralité de tubes à gaz pulsé (30) s'étendant en parallèle dans un corps (20) du dispositif, chacun d'une extrémité ouverte (31) à une extrémité fermée (32) au voisinage d'un échangeur thermique dudit corps avec ladite atmosphère, ladite extrémité fermée présentant toutefois un orifice déphaseur (33) en communication avec l'atmosphère ambiante. Un distributeur à disque rotatif (26) l'injecte en ondes de surpression séquentiellement dans un tube et dans un autre. En alternance avec ladite injection d'air en surpression, l'extrémité ouverte de chaque tube non alimenté est mise en communication avec ladite atmosphère d'air ambiant pour y rejeter l'air qui en ressort après refroidissement par effet de pompage thermique le long de ses parois. Application à la climatisation de locaux.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE CLIMATISATION PAR
TUBES A GAZ PULSE
La présente invention concerne la climatisation, c'est-à-dire ici la compensation permanente des variations de température de l'air ambiant, tel qu'il est présent dans des locaux qui peuvent être plus ou moins grands et plus ou moins confinés.

Pour assurer cette climatisation, l'invention consiste essentiellement à mettre en oeuvre un cycle thermodynamique de génération thermique dans un circuit de gaz de travail comprenant ce qu'il est convenu d'appeler un tube à gaz pulsé, en exploitant les phénomènes thermodynamiques qui se produisent dans un tel tube quand le gaz de travail qui s'y trouve est soumis à des oscillations de pression répétées qui le parcourent d'un bout à l'autre.

Elle s'applique notamment, bien que non exclusivement, au refroidissement de l'air ambiant régnant à l'intérieur d'un aéronef dans lequel se trouvent des équipements industriels dont le fonctionnement dégage de la chaleur -
Dans un domaine totalement différent, à savoir celui des refroidisseurs de composants électroniques qu'il convient de maintenir dans une gamme de températures cryogéniques, il est devenu classique d'utiliser un tel circuit thermodynamique comportant un tube à gaz pulsé.

On pourra se référer ici à l'art antérieur décrit, par exemple, dans le document de brevet américain US-A5 435 136, tout en soulignant qu'il ne s'agit pas alors de refroidir une atmosphère d'air ambiant, mais bien d'assurer ponctuellement le refroidissement d'un composant électronique qui est appliqué en situation d'échange thermique contre une extrémité froide du refroidisseur.

Ce document rappelle ce qu'est un refroidisseur appliquant le concept d'une machine thermique respectant un cycle thermodynamique de Stirling normal. Sur le circuit du gaz de travail et dans les transformations thermodynamiques que subit celui-ci en le parcourant, le cycle implique deux étapes à volume constant, intercalées avec deux étapes adiabatiques (plutôt que les deux étapes à température constante du cycle théorique). Le circuit fermé du gaz de travail passe par un tube mobile, dit régénérateur ou déplaceur, qui s'étend d'une zone de compression chaude à une zone de détente froide et qui est entraîné suivant un mouvement alternatif le long de son axe au rythme du cycle.

Le document cité explique que l'on peut échapper aux inconvénients liés aux vibrations mécaniques et aux contaminations colmatantes, en réalisant la transformation adiabatique du gaz de travail dans un tube que l'on prévoit fixe, et parcouru par des pulsations de pression. Sur le même circuit fermé de gaz de travail, il combine le tube régénérateur fixe avec un tube à gaz pulsé, en les disposant l'un et l'autre entre source chaude et source froide.

En se référant pour plus de commodité, à la figure 1 des dessins annexés, on constate que son système se complique par la présence de deux compresseurs 3 et 4 générant les pulsations de pression. Le circuit comprenant le tube régénérateur 2 et le tube pulsé 1 est complété par un échangeur chaud 5 disposé du côté des compresseurs, et par un échangeur froid 6 du côté opposé. Considérant que le compresseur 3 à l'entrée du tube régénérateur 1 détermine une chambre de compression tandis que le compresseur 4 détermine une chambre de détente en bout du tube à gaz pulsé, le document américain rappelle, s'il en était besoin, que la réfrigération désirée exige qu'il soit assuré un déphasage déterminé entre les variations de volume par compression et les variations de volume par détente. Il explique d'autre part que le tube à gaz pulsé constitue en fonctionnement un piston gazeux, qui remplace le piston matériel de la machine de Stirling et prend en charge les transformations adiabatiques.

En restant dans le cadre de dispositifs à tube à gaz pulsé utilisé dans les refroidisseurs cryogéniques de composants électroniques, on peut aussi se référer à un article de Damien Feger, intitulé "Refroidissement des détecteurs optoélectroniques, paru dans "Techniques de l'ingénieur, Traité Electronique" pages E4070-1 à 11. il indique le principe d'un refroidisseur à tube pulsé à double orifice, tel que le montre le schéma de la figure 2 des dessins ci-annexés.

On y retrouve le tube régénérateur 2 et le tube pulsé 1 (vide de matériau régénérateur), ainsi que l'échangeur chaud 5 et l'échangeur froid 6, tous quatre en série sur le circuit fermé du gaz de travail. Par contre, il est prévu un seul compresseur 3. Celui-ci fonctionne en oscillateur de pression, introduisant dans le circuit des ondes qui sont en surpression par rapport à un réservoir tampon 7, supposé à une pression de référence constante,
Deux vannes ou orifices calibrés matérialisent des impédances pneumatiques 8 et 9 qui assurent un réglage optimal du déphasage et de l'amplitude des débits de gaz aux extrémités des deux tubes. Les frigories rendues disponibles par la détente du gaz de travail sont captées par le composant à refroidir au niveau d'une pièce d'extrémité du doigt froid, formant l'échangeur froid 6, qui assure la fermeture du circuit par liaison pneumatique entre les extrémités froides des deux tubes.

Conformément à ce qui a été déjà indiqué, l'invention se place dans un contexte radicalement différent des refroidisseurs cryogéniques de composants électroniques, en s'axant sur le refroidissement d'une atmosphère d'air ambiant, suivant un système nouveau qui s'exprime tant en termes de procédé qu'en termes de dispositif.

Suivant l'invention, on s'affranchit totalement de la servitude du régénérateur et l'on exploite les spécificités d'un tube à gaz pulsé en mettant en oeuvre le cycle thermodynamique dans un circuit qui n'est plus fermé sur lui-même, mais ouvert en communication avec l'atmosphère ambiante.

On combine pour cela une pluralité de tubes à gaz pulsé s'étendant chacun d'une extrémité d'admission d'ondes de pression à une extrémité d'équilibrage de pression avec l'atmosphère ambiante en régulation de déphasage entre les variations de débit et les variations de pression parcourant le tube dans un sens puis dans l'autre. De plus, pour adapter le système à un fonctionnement en climatisation, c'est avec un débit continu de gaz sous une surpression constante que l'on alimente les tubes, mais en l'injectant en séquence alternativement dans un tube et dans un autre.

En pratique, on prélève de l'air dans l'atmosphère pour le comprimer et apporter ladite surpression, à moins qu'il soit plus commode d'utiliser des bouteilles d'air comprimé. Du même côté de l'ensemble, le ou les tubes qui ne reçoivent pas de l'air comprimé à un instant déterminé délivrent, au même débit massique, de l'air refroidi qu'on laisse évacuer dans l'atmosphère ambiante à climatiser.

En termes plus précis, l'invention a notamment pour objet un procédé de climatisation d'air ambiant, caractérisé en que l'on alimente, à partir d'un débit continu d'air préalablement comprimé, une pluralité de tubes s'étendant en parallèle d'une extrémité ouverte à une extrémité fermée présentant toutefois des moyens déphaseurs en communication avec l'atmosphère ambiante, par l'intermédiaire d'un distributeur rotatif qui l'injecte en ondes de surpression séquentiellement dans chacun desdits tubes alternativement, et en ce qu'en alternance avec ladite injection d'air en surpression, on met en communication ladite d'extrémité d'alimentation de chaque tube avec ladite atmosphère d'air ambiant pour y rejeter l'air ressortant dudit tube après refroidissement par effet de pompage thermique le long de ses parois, lesdits tubes étant en situation d'échange thermique avec ladite atmosphère sélectivement au voisinage de leurs extrémités fermées.

Lesdits moyens déphaseurs de chaque tube sont avantageusement constitués, comme il est d'ailleurs en soi connu, par un orifice restreint, calibré pour imposer en permanence (plus exactement une fois par cycle) un déphasage déterminé entre chaque onde (ou pulsation) de surpression parcourant le tube quand il est alimenté et l'onde (ou pulsation) de détente qui s'ensuit par retour à la pression ambiante et qui le parcourt en sens inverse quand il n'est pas alimenté. I1 s'agit en fait de remettre débit gazeux y parvenant en correspondance de phase avec sa variation de pression.

Pour la mise en oeuvre de ce procédé, l'invention a également pour objet un dispositif de climatisation d'air ambiant, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de tubes s'étendant en parallèle d'une extrémité ouverte d'alimentation à une extrémité fermée, dans un corps dudit dispositif qui leur est commun, des moyens d'alimentation en un débit d'air comprimé continu, en surpression constante par rapport à l'air ambiant, des moyens pour admettre ledit air en surpression séquentiellement dans un tube et dans un autre en son extrémité ouverte, des moyens pour mettre en communication ladite extrémité ouverte de chaque tube avec l'atmosphère ambiante quand il n'est pas ainsi alimenté, des moyens d'échange thermique entre lesdits tubes et l'atmosphère ambiante au voisinage de leur extrémité fermée, et des moyens déphaseurs, avantageusement constitués par un orifice restreint d'équilibrage de pression percé en communication avec l'atmosphère en l'extrémité fermée de chaque tube, de telle sorte que chaque tube fonctionne en tube à gaz pulsé générateur d'un effet de pompage thermique.

I1 est à la portée de l'homme de l'art de déterminer les particularités de construction et les conditions opératoires qui président à l'obtention de cet effet de pompage thermique. Pour cela, il pourra notamment se référer aux théories développées par W.A. Gifford et R.C. Longsworth, dans un article paru en 1965 (International Advances in
Cryogenic Engineering).

Cet article porte sur l'effet de pompage thermique, dit "de surface" (en anglais "surface heat pumping"), que l'on peut observer dans un long tube dans lequel se propage une onde de pression introduite par une extrémité ouverte dudit tube. I1 indique, entre autres, qu'un tube à gaz à pulsé opérant ainsi sera de préférence de forme allongée, de section cylindrique, à paroi lisse. I1 expose aussi quelles sont les équations thermodynamiques à prendre en considération pour expliquer le fonctionnement.

L'invention se matérialise en outre, préférentiellement mais non limitativement, par d'autres caractéristiques, qui ont trait à des modes de réalisation préférés convenant spécialement à ses cas d'application les plus courants dans l'industrie. En fonction de chaque application particulière, ces caractéristiques secondaires de l'invention sont à mettre en oeuvre chacune séparément ou en toute combinaison techniquement opérante avec les autres.

Parmi elles, il est généralement avantageux que le dispositif comporte, en tant que moyens d'admission d'air comprimé séquentiellement dans les différents tubes, une vanne tournante constituée par un disque distributeur monté rotatif sur lui-même autour d'un axe longitudinal du dispositif autour duquel les différents tubes sont disposés parallèlement audit axe selon une symétrie de révolution.

Les tubes sont de préférence au moins au nombre de quatre, et un canal percé à travers le disque à la même distance de l'axe que les tubes assure l'injection d'air comprimé dans chacun à tour de rôle quand le disque est entraîné en rotation.

Suivant une autre caractéristique secondaire de l'invention, le dispositif se complète avantageusement par des moyens d'échange thermique entre l'air refoulé hors des tubes à gaz pulsé en période de non-alimentation et l'air comprimé admis en injection dans les tubes à gaz pulsé en période d'alimentation, qui se situent du côté de leurs extrémités ouvertes. I1 peut s'agir notamment d'un conduit passant en hélice autour de l'ensemble des tubes à l'intérieur du corps du dispositif et guidant l'air en surpression en provenance d'une source extérieure d'air comprimé jusqu'à une chambre de distribution précédant le disque rotatif ci-dessus, contre sa face opposée à celle qu'il présente devant les extrémités ouvertes des tubes.

La période de rotation du disque, les dimensions du canal d'injection, la valeur de la surpression de l'air admis, figurent, avec le nombre et les dimensions des tubes, parmi les paramètres à prendre en considération pour obtenir un fonctionnement optimal en correspondance avec un régime nominal, défini notamment par l'énergie frigorifique à délivrer en moyenne dans un local pour y maintenir une température ambiante déterminée.

Par ses différentes caractéristiques, telles qu'elles seront plus précisées ci-après, en leurs combinaisons préférées pour une application industrielle à la climatisation d'air dans une atmosphère ambiante, l'invention permet notamment
- d'assurer ladite climatisation dans des conditions particulièrement avantageuses du point de vue de l'absence de vibrations provoquées par des organes mécaniques
- de faciliter une régulation permanente assurant une température constante de l'air ambiant, quelles que soient les influences de radiations extérieures ou celles de matériels qui y sont présents et qui ont tendance à libérer de la chaleur en fonctionnement
- de se concrétiser dans des climatiseurs de prix de revient particulièrement rentables financièrement, tant par le coût d'investissement que par le coût lié aux besoins d'entretien du matériel et au personnel ayant éventuellement à en assurer la surveillance.

L'invention sera maintenant plus complètement décrite dans le cadre de caractéristiques préférées et de leurs avantages, en faisant référence aux figures des dessins annexés qui les illustrent et dans lesquelles
- La figure 1 schématise le fonctionnement d'un refroidisseur cryogénique tel que décrit dans le document de brevet américain US-A-5 435 136
- La figure 2 illustre le principe d'un refroidisseur cryogénique à tube à gaz pulsé tel que décrit dans l'article de Feger déjà cité
- La figure 3 est là pour faciliter la compréhension de l'effet de pompage thermique tel qu'il est mis à profit par l'invention ;
- La figure 4 représente un premier mode de réalisation d'un dispositif suivant l'invention, vu en perspective de manière fonctionnelle schématique
- La figure 5 montre le dispositif de la figure 3 en coupe longitudinale
- La figure 6 concerne un second mode de réalisation du dispositif suivant l'invention, vu en perspective fonctionnelle schématique
- Et la figure 7 montre le dispositif de la figure 5 en coupe longitudinale.

En ce qui concerne les figures 4 à 7, il est à noter que sous la forme schématique adoptée pour des raisons de clarté, elles n'entendent pas nécessairement respecter la même échelle pour les différents éléments du dispositif, et ce d'autant plus que tant les dimensions géométriques des éléments que les conditions de fonctionnement pourront être très variées suivant les applications de l'invention.

D'autre part, les figures 1 et 2 ont déjà été traitées à propos de l'état de l'art antérieur à l'invention, pour des tubes à gaz pulsé utilisés dans des refroidisseurs de composants électroniques. On ne reprendra donc pas leur description ici.

Du point de vue d'un tube à gaz pulsé considéré individuellement en son fonctionnement thermodynamique, l'invention en diffère essentiellement dans son principe par le fait que le circuit de gaz de travail est ouvert.

Autrement dit, le gaz de travail qui y parvient en alimentation du climatiseur est directement rejeté, refroidi, dans l'atmosphère du local qu'il s'agit de climatiser en température de son air ambiant.

Dans la mesure où l'invention exploite, de manière certes particulière, l'effet de pompage thermique de surface, il n'est peut-être pas inutile de rappeler, en se référant à la figure 3, ce en quoi il consiste.

Considérons que, dans un long tube 11, on admet en 13 une quantité additionnelle de gaz Q qui est à même température constante, mais à une pression supérieure P2 par rapport à la pression normale P1 du gaz présent dans le tube. Pour un flux gazeux uniforme, chaque fraction élémentaire de volume de gaz, située suivant une tranche de section transversale a du tube, voit sa température augmenter quand elle passe de la pression P1 à la pression
P2. Elle tend donc à chauffer la paroi du tube, mais ce dans le même temps où elle se déplace le long du tube vers la tranche de section b. Pour peu que la variation de pression soit suffisamment rapide, la transformation thermodynamique du gaz n'est pas isotherme, dans la mesure où chaque fraction élémentaire de gaz ne sait céder son gain en chaleur à la paroi du tube qu'au niveau d'une section de ce dernier qui se situe un peu plus loin dans le sens de la propagation de l'onde en variation de pression.

Si maintenant, comme il est illustré pour le tube 12 de la figure 3, on considère non plus une onde de compression, mais une onde de détente due à l'extraction d'un même débit Q du tube, passant de la pression P2 à la pression P1, le même phénomène se produit, mais cette fois avec, en chaque point local, refroidissement de la section b à la section a. Le flux thermique est quantitativement égal au précédent mais en sens inverse : de positif il devient négatif.

En conséquence, quand le gaz présent dans un tube donné subit une suite de compressions et détentes, chaque tranche a-b voit alternativement un flux de chaleur dit positif (le gaz s'échauffe en allant vers la droite) et un flux de chaleur dit négatif (le gaz se refroidi en revenant vers la gauche). Et à supposer qu'un échangeur thermique soit placé à chacune des extrémités du tube, il s'établit un régime permanent se traduisant par une évacuation de chaleur à droite (échangeur chaud) et une acquisition à gauche (échangeur froid) quand la différence de température entre les deux échangeurs est égale à l'augmentation de température due à la variation de pression du gaz transportant les calories d'une extrémité à l'autre.

D'autre part, quand le tube est fermé en son extrémité à droite des figures et donc le gaz y est globalement stationnaire, chaque volume élémentaire de gaz suit un cycle thermodynamique dans lequel compression et détente s'intercalent avec un échange de chaleur avec la paroi du tube à pression constante lors du retour à la pression régnant normalement dans le tube. Sa température est donc plus faible au retour qu'à l'aller. Cet effet de pompage thermique entraîne que la masse Q de gaz supplémentaire ressort du tube à une température T2 inférieure à sa température d'entrée T1.

Dans le cadre de l'invention, le tube 12 est le même tube à gaz pulsé que le tube 11, mais dans une situation correspondant à une phase différente de fonctionnement. Mais aussi, le tube présente, du côté dit fermé, un orifice restreint ouvert en aval de l'échangeur chaud, qui est calibré de telle sorte que la pression interne y soit toujours maintenue sensiblement égale à la pression normale de chargement existant en l'absence d'un débit complémentaire y amenant une surpression. En pratique, on peut dire que cet orifice joue le rôle de moyens déphaseurs entre onde de compression et onde de détente qui remettent en phase, en cet endroit, la variation de pression avec la variation de débit. L'intérêt de cette disposition est d'augmenter l'efficacité des échanges de chaleur, alors que sans elle, la puissance évacuée à la source chaude, et donc extraite à la source froide, serait limitée par la faible proportion de gaz en contact avec les échangeurs à chaque cycle des variations de pression par rapport à l'ensemble du gaz présent dans le tube.

On passera maintenant à la description concrète du dispositif climatiseur suivant l'invention dans ses deux modes de réalisation préféres, illustrés dans leurs configurations minimales respectives par les figures 4 à 7.

Il est conçu et construit pour faire application des phénomènes ci-dessus rappelés afin d'assurer en fonctionnement le refroidissement de l'air ambiant constituant l'atmosphère dans laquelle il se trouve.

Dans les deux cas, et sans qu'il soit besoin de reprendre plus loin la description des éléments qui se retrouvent de l'un à l'autre et qui aura déjà été exposée à propos des figures 4 et 5, le dispositif comporte une pluralité de tubes 30 fonctionnant individuellement en tubes à gaz pulsé de type à orifice déphaseur, qui sont montés dans un corps 20 qui leur est commun et qui sont alimentés à tour de râle à partir d'un débit continu d'air comprimé à pression constante par rapport à la pression ambiante, celui-ci étant admis à l'extrémité ouverte de chacun par l'intermédiaire de moyens distributeurs réalisés sous la forme d'une vanne tournante solidaire du corps 20.

Conformément aux figures, le corps 20 est globalement de forme tubulaire cylindrique. Il est fermé par un fond 22 à un bout de sa virole cylindrique 21 < à droite sur les figures). En tête du dispositif, à gauche sur les figures, le corps 20 se ferme par un boîtier 23 qui est raccordé à la virole 21 dans son prolongement. Un moteur électrique 25 est monté sur ce boîtier à l'extérieur du corps 20 et suivant son axe longitudinal.

Ce moteur sert à entraîner en rotation continue sur lui-même, à vitesse constante, un disque 26 dont son axe est solidaire. Le disque rotatif 26 ferme néanmoins le volume interne du carter 23 de manière étanche, sauf qu'il est percé d'un canal 29 (figure 5). Il ménage dans le carter une chambre 27, dans laquelle débouche une tubulure 41, raccordée à la source extérieure d'air préalablement comprimé déjà mentionnée. L'ensemble constitue donc une vanne tournante à l'entrée dans le climatiseur pour l'air comprimé d'alimentation qui y est admis par la tubulure 41.

Le disque 26 est le seul organe du dispositif de l'invention qui soit mobile. Tous les autres organes sont statiques. En outre, il est à noter que les vannes tournantes de distribution sont en elles-mêmes réalisables sous des formes variées, tout en faisant appel à des constituants bien connus et de grande fiabilité.

Les tubes à gaz pulsé 30 sont situes en aval de du disque 26, dans le volume principal intérieur au corps 20, tel qu'il est limité par la virole;21. I1 s'agit de quatre longs tubes cylindriques parallèles. Ils sont identiques entre eux et disposés fixes selon une symétrie de révolution autour de l'axe longitudinal du dispositif parallèlement à lui. Leur distance à l'axe est la même que celle du canal 29 percé à travers le disque rotatif 26.

Les tubes 30 s'étendent sur toute la longueur de la virole 21, jusqu'au fond 22 du corps 20. Là se situe leur extrémité dite fermée. Celle-ci est percée seulement d'un orifice restreint de mise à l'atmosphère à travers le fond 22, comme on le voit en 33 sur les figures.

Le corps 20 du dispositif décrit est construit de manière à favoriser l'échange thermique entre son volume interne et l'atmosphère environnante quand il s'agit de sa partie voisine du fond 22, contrairement à sa partie complémentaire située du côté des moyens d'alimentation séquentielle des tubes, et donc du disque distributeur rotatif 26.

On voit donc sur les figures que la paroi de la virole cylindrique 21, qui est ici supposée réalisée en un matériau métallique bon conducteur de la chaleur, forme un échangeur chaud 48, restant dans l'encombrement général du corps 20 autour d'une partie postérieure 45 du volume interne se situant au voisinage du fond 22, par une série d'ailettes 49, en couronnes circulaires séparées par des rainures en creux. La surface échange avec l'extérieur est ainsi augmentée. Un résultat similaire serait obtenu par des ailettes rapportées. En fonctionnement cet échangeur constitue l'échangeur chaud du circuit thermodynamique.

Du côté opposé, c'est-à-dire au niveau d'une partie antérieure 44 du volume interne du corps 20, on cherche au contraire à ce que, du moins comparativement, il n'y ait pas d'échange de chaleur avec l'extérieur par les éléments de structure du dispositif. Cela est ici obtenu par le fait que la paroi de la virole 21 est d'épaisseur uniforme et plus éloignée des tubes 30. Dans des variantes de réalisation faisant partie de l'invention, on pourra prévoir de la doubler localement d'un revêtement calorifuge.

C'est à ce niveau également, du côté froid des tubes à gaz pulsé a que se situe une tubulure de sortie 42, dimensionnée pour évacuer librement dans l'atmosphère ambiante au climatiseur, le même débit continu d'air, en masse, que celui qui est admis par la tubulure d'entrée 41.

Le volume antérieur 44 se situant à proximité immédiate des extrémités ouvertes des tubes 30 constitue un collecteur d'air refroidi, faisant communiquer les tubes avec le collecteur de sortie 42. La circulation de l'air y est facilitée en adoptant une forme de construction telle que celle qui est illustrée par la figure 5.

On voit sur celle-ci que, dans la face du disque 26 opposée à la chambre d'admission 27, il est ménagé un évidement 31, s'étendant par exemple sur la moitié du disque hors d'une moitié complémentaire où il est percé du canal 29. En coopération avec cette disposition, les différents tubes 30 sont montés mécaniquement solidaires du corps 1, par soudure d'une part sur le fond 22, mais d'autre part sur une plaque 28 largement ajourée, à bras en étoile formant des supports circulaires autour de leurs extrémités ouvertes respectives.

Tel qu'il est représenté sur les figures 6 et 7, le second mode de réalisation du climatiseur suivant l'invention décrit ici, diffère du précédent essentiellement par le fait qu'il comporte en plus un échangeur de prérefroidissement de l'air d'alimentation, dont l'objectif est de mieux optimiser l'efficacité du dispositif en fonctionnement.

Cet échangeur, du côté froid de l'ensemble, est constitué par un conduit 51, qui canalise l'air d'alimentation de la tubulure d'entrée 41 jusqu'd une chambre fixe 57 en amont du disque rotatif 26. Dans sa partie principale, ce conduit est de forme hélicoïdale s'enroulant autour de l'ensemble des tubes 30 dans la partie antérieure 44 du volume interne du corps 20. Le circuit fixe ainsi constitué se raccorde à la tubulure 41 et à la chambre 57 en longeant les parois extérieures cylindriques du corps 20 et de son prolongement formant le boîtier 53, à l'écart du montage du disque rotatif 26.

Sous l'une et l'autre des formes de réalisation précédentes, le climatiseur suivant l'invention assure le fonctionnement de chaque tube à gaz pulsé en rythme continu, en le faisant passer d'une phase d'alimentation dans laquelle il y est admis une quantité additionnelle d'air qui se réchauffe, et une phase de non-alimentation dans laquelle il laisse s'échapper la même quantité d'air réfrigéré, compte tenu de la présence de l'échangeur convectif 48. A l'effet de pompage thermique de surface obtenu, il s'ajoute la production d'un flux enthalpique grâce à l'orifice déphaseur 33.

Suivant une application particulière particulièrement avantageuse dans le cadre de l'invention, le climatiseur est utilisé pour refroidir l'atmosphère dlun local constitué par l'enceinte d'un aéronef. il permet de refroidir l'air ambiant y régnant en compensation d'un échauffement dû aux matériels et équipements embarqués à bord de l'aéronef. Dans ce cas, on tire plein profit de la capacité qu'il présente relativement à une sorte de comportement auto-adaptatif. En effet, la puissance frigorifique nécessaire est plus importante à faible altitude et à vitesse élevée, alors que le débit et la pression sont élevés. Les performances seront moins bonnes à pression et débit faibles, ce qui se produit à haute altitude (même pour un aéronef se déplaçant à grande vitesse), mais alors les exigences en quantité de chaleur à évacuer sont moins critiques.
il est à remarquer d'autre part, que toutes choses égales par ailleurs, le gradient thermique le long des tubes, auquel est liée la capacité frigorifique globale du dispositif, est peu sensible à la température de l'air d'alimentation à l'entrée du climatiseur.

De la description qui précède, il ressort clairement que l'invention permet d'atteindre les objectifs qu'elle s'est fixés. Mais aussi il est clair que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été spécifiquement décrits.

En particulier l'invention a été décrite en se plaçant dans le cadre d'une configuration minimale comportant seulement quatre tubes, qui sont alimentés en air comprimé à tour de rôle. Mais dans la pratique le nombre de tubes sera plus important. Egalement, le système de vanne tournante peut se concrétiser sous des formes variées.

Par exemple, le dispositif climatiseur pourrait comprendre huit tubes qui seraient alimentés deux à deux, chacun pendant au plus un quart de tour du disque distributeur. Ces huit tubes pourraient être tous à même distance de l'axe central du dispositif, et dans ce cas, le disque serait percé de deux canaux d'injection, de préférence situés en des positions diamétralement opposées.

Ils pourraient aussi être répartis en deux couron

Claims (9)

REVENDICATIONS

1. Procédé de climatisation d'air ambiant, caractérisé en qu'à partir d'un débit continu d'air préalablement comprimé, en surpression constante par rapport à l'air ambiant, on alimente une pluralité de tubes s'étendant en parallèle d'une extrémité ouverte à une extrémité fermée présentant toutefois des moyens déphaseurs par équilibrage de pression en communication avec l'atmosphère ambiante, en l'injectant en ondes de surpression séquentiellement dans l'un et l'autre desdits tubes, et en ce qu'en alternance avec ladite injection d'air en surpression, on met en communication ladite extrémité d'alimentation de chaque tube avec ladite atmosphère pour y rejeter l'air ressortant dudit tube après refroidissement par effet de pompage thermique le long de ses parois, lesdits tubes étant en situation d'échange thermique avec ladite atmosphère sélectivement au voisinage de leurs extrémités fermées.

2. Dispositif de climatisation d'air ambiant, convenant à la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de tubes (30) s'étendant en parallèle d'une extrémité ouverte d'alimentation (31) à une extrémité fermée 32), dans un corps (20) dudit dispositif qui leur est commun, des moyens (41) d'alimentation en un débit d'air comprimé continu, en surpression constante par rapport à l'air ambiant, des moyens distributeurs (26, 29) pour admettre ledit air en une onde de surpression séquentiellement dans l'un et dans l'autre desdits tubes (30) en son extrémité d'alimentation ouverte (31), des moyens (28, 35, 42) pour mettre en communication ladite extrémité ouverte (31) de chaque tube avec l'atmosphère ambiante quand il n'est pas ainsi alimenté, des moyens (48) d'échange thermique entre lesdits tubes et l'atmosphère ambiante au voisinage de leurs extrémités fermées (32), et des moyens (33) de déphasage de l'onde de surpression par équilibrage de pression avec l'atmosphère en l'extrémité fermée (32) de chaque tube, de telle sorte que chaque tube fonctionne en tube à gaz pulsé générateur d'un effet de pompage thermique de surface.

3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits tubes (30) sont disposés parallèles en symétrie de révolution autour d'un axe longitudinal dudit corps (30).

4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens distributeurs comportent un disque (26) monté rotatif autour dudit axe longitudinal et percé d'un canal d'injection d'air passant devant l'extrémité des tubes au cours de sa rotation.

5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte un moteur électrique (25) d'entraînement dudit disque (26) à vitesse constante.

6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendication 3 à 5, caractérisé en ce que lesdits moyens d'échange thermique sont formés dans la paroi dudit corps (20).

7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendication 2 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un conduit (51) de guidage de l'air comprimé d'alimentation formant échangeur (51) avec la paroi des tubes à gaz pulsé (30) au voisinage de leurs extrémités ouvertes dans un volume antérieur (44) dudit corps.

8. Dispositif suivant la revendication 7, carac térise en ce que ledit conduit d'échange (51) est de forme hélicoïdale autour de l'ensemble desdits tubes (30).

9. Utilisation du dispositif suivant l'une quelconque des revendications 2 à 8 pour le refroidissement d'un local d'aéronef.