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BREVET D'INVENTION Chambre de mélange pour dispositif de chauffage d'air.
La présente invention se rapporte à une chambre de mé- lange au moyen de laquelle deux courants distincts de caractéris- tiques différentes sont fractionnés chacun en couches relativement minces, intimement mélangées et projetées hors de la, chambre en un seul courant, dont ces couches minces forment les éléments cons- tituants, disposés les uns par rapport aux autres, de sorte que les éléments constituants présentant les caractéristiques d'un courant sont séparés par un élément constituant ayant les carac- téristiques de l'autre courant.
L'une des applications de l'invention envisage plus par- ticulièrement l'utilisation d'une chambre'de mélange de ce type dans un système de chauffage où la température de l'air distribué est réglée ou commandée par mélange d'un volume déterminé d'air à la température normale avec un volume déterminé d'air réchauffé
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dans la système.
La température de l'air projeté qui en résulte tant comprise entre, la température de l'air chaud et celle de l'air non chauffe, suivant les proportions du mélange en volume.
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généralement Les systV;,es t-rpe /y4nµralemen± Les systèmes de ce type utiljsa,ien± jusgu'à présent des organes de chauffage d'un courant d'air circulant à travers ces systèmes et des organes de dérivation de l'air autour des organes de chauffage, sur leur face externe.
On utilise d'autre part des registres pour régler le volume d'air qui circule à travers les organes de chauffage et à travers les organes de dérivation.
Le courant d'air non chauffé dérivé est ensuite intro- duit,parallèlement au courant d'air chaud sortant des organes de chauffage, de manière telle qu'on obtienne, en mélangeant les deux courants, un seul courant résultant de température uniforme.
Dans la technique antérieure, les systèmes de ce type étaientrelativement peu efficaces ¯pour le réglage de la tempéra- ture de l'air distribué par le système, en raison du fait qu'il n'était prévu à cet effet aucun organe efficace assurant un mé- lange convenable des courants d'air cha,ud et non chauffé, relati- vement importants.
Lorsque, comme dans la technique antérieure, des courants relativement importants d'air cha,ud et non chauffé sont envoyés dans un espace libre, ils ne se mélangent pas intimement mais tendent à se propager sous la, forme de courants distincts.
D'autre part, lorsque les courants d'air chaud et non chauffé sont enfermés dans un conduit, ils ne se mélangent inti- mement que lorsqu ils ont parcouru de concert dans le conduit une distance relativement importante. Pour des raisons pratiques, il n'est pas toujours possible de prévoir une telle distance de parcours.
En conséquence, la température du courant d'air projeté par les systèmes de chauffage de la, technique antérieuren'est pas toujours uniforme.
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Par suite de ce manque d'uniformité, lorsque l'air est projeté dans une pièce occupée par des personnes, celles-ci peu- vent être incommodées, étant donné que la température est trop éle- vée dans le parcours de l'air chauffé et trop basse dans le par- cours de l'air non chauffé.
De même, lorsque l'air distribué par le système de chauf- fage est utilisé pour certains procédés industriels, une tempéra- ture non uniforme de l'air peut se traduire par des résultats non satisfaisants dans la mise en pratique de ces procédés.
L'invention, qui a été appliquée avec succès, est en conséquence matérialisée dans une chambre de mélange d'air qui peut être combinée ou associée avec un système de chauffage ou dispositif analogue, de manière telle que chaque colonne d'air chauffé et chaque colonne d'air à la température normale intro- duites dans la chambre soient fractionnées en couches minces qui sont expulsées de la chambre dans la même direction générale et forment des couches constituantes immédiatement voisines et alternées d'air chaud et non chauffé dont l'ensemble forme le courant d'air projeté par le système. Ces couches se mélangent complètement et intimement dans la limite d'un trajet relative- ment court à partir de la chambre, de manière telle qu'on obtienne la température uniforme désirée.
L'invention sera mieux comprise de la description détaillée qui va suivre et à l'examen des dessins joints qui représentent, à titre d'exemple non limitatif, l'une de ses réalisations.
La fig. 1 est une vue en coupe horizontale d'un dispositif de chauffage conforme à l'invention.
La fig. 2 est une vue en coupe par la ligne 2 - 2 de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue en perspective des chicanes permet- tant de fractionner les courants d'air chaud et non chauffé en colonnes ou couches minces voisines et alternées.
Sur toutes les figures, le sens de propagation des courants
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d'air non chauffas est indique par des floches en trait plein et celui des courants d'air chaud par des flèches en pointillé.
Dans la réalisation pratique de l'invention représentée à titre d'exemple sur les figures 1 à 3, l'air circule à travers le système de chauffage avec lequel la, chambre de mélange est asso-
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ciée, par exemple sous l'action d'un ventilateur 12 :=pélie:fl ciee, par eX. .r(lt..2 sous CJ.,C:::"O1 :A. 72",1.,-",\..",)' -.I..,,).f.L"'..,3::;...;.,-, schématiquement, dans une conduite 10 qui a., ,:ne l'air provenant d'une source convenable.
Il n'est pas nécessaire (le représenter de façon détaillée la, construction du ventilateur, sa position par rappel aux autres éléments du système, et ses organes d'entraînement, étant, donné que ces dispositifs sont tous bien connus des techniciens et peu- vent être modifiés à volonté.
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L' or Eane de support 14 du réaha.;f i eur , qui c onst;¯tue de préférence un élément autonome, est fixé par les brides 16 et 18 à l'organe de support 22 du registre 20 et qui constitue également de préférence un élément distinct.
Dans la description et sur les figures, les détails de
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constl"uction des différentes pièces, le conduit et les autre ,µlé- ments du système de chauffage ne sont décrites etreprésentées que schématiquement, ce qui suffit toutefois à, la compréhension de
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l'invention, étant donné que tous ces éléments sont c1amsiques et bien connus des techniciens.
Le support 26 est fixé aux parois supérieure et inférieure 24 du porte-registre 22, par exemple au moyen de vis ou de rivets.
Le pivot 28 est monté sur ce support, de manière telleque le regis- tre 20 puisse osciller sur ce pivot jusqu'à une position déterminée quelconque suivant l'arcindiqué par les flèches 30.
L'air qui circule à travers le systàme est chauffé à l'aide d'organes convenables quelconques tels que le réchauffeur 32 monté dans l'élément 14. Ce réchauffeur peut être, par exemple, un élément chauffait à, ailettes minces tel que ceux qu.i sent fabriqués par la Société dite : L.J. Wing Manufacturing Co (New-York, Etats-Unis).
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Dans ce type de réchauffeurs, on utilise de la vapeur comme fluide chauffant, cette vapeur circulant dans les tubes de chauffage à ailettes 33 (représentés partiellement) fixés aux collecteurs de vapeur 35 qui sont reliés au système de chauffage.
Pour faire circuler tout le volume d'air à travers le réchauffeur 32, de manière que l'air projeté par le système soit à la température maximum, on fait osciller le registre 20 jusqu'à sa.position extrême, dans laquelle il repose sur la surface de bu- tée 34 (comme indiqué par les lignes en pointillé), de manière à interdire l'accès du canal 36 de l'élément 22, canal qui con- duit à la dérivation 38 du réchauffeur prévue dans le compar- timent 14.
Pour dériver tout le volume d'air à l'extérieur du ré - chauffeur 32, de façon que le système ne projette que de l'air non chauffé, on amène le registre 20 en le faisant tourner sur son pivot 28 jusqu'à son autre position extrême sur la surface de butée 40 (comme indiqué par les lignes en pointillé) pour fermer le canal 42 qui conduit au réchauffeur.
Dans cette position du registre, l'air ne circule qu'à travars le canal 36 et la dérivation 38, formée dans le porte- réchauffeur 14 par la plaque 44 fixée d'une manière hermétique convenable quelconque au bâti 46 du réchauffeur 32 et par les parois latérale 48 et supérieure de l'élément 14.
Pour régler les volumes d'air relatifs qui circule.! à travers le réchauffeur d'une part et à travers la dérivation extérieure à cet élément d'autre part, de manière que les colon- nes d'air chaud et non chauffé puissent être alternées dans la proportion voulue, on fait osciller le registre 20 en l'amenant dans la position désirée entre les butées extrêmes 21 et 40.
On peut utiliser un dispositif de registre convenable quelconque, celui qui vient d'être décrit n'étant indiqué qu'à titre d'exemple.
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Les courants d'air chaud et non chauffa ainsi projetés par le réchauffeur 14, sont mélangés avant que l'air soit expulsé du système, la température de l'air ainsi éjecté étant la températu- re moyenne résultant du mélange de l'air chaud et de l'air non chauffé.
Comme déjà indiqué, les dispositifs de la technique anté- rieurne permettaient pas d'obtenir un mélange complet et intime des couches d'air chaud et non chauffé.
Dans les meilleures conditions, ces dispos tifs produi- saient un nombre relativement réduit de courants =1'air chaud et non chauffé.
Au contraire, l'invention permet d'obtenir un mélange complet et intime des différents courants d'air par fractionne- ment de chacun d'eux en couches ou caurants partiels relativement minces si intimement entremêlés qu'ils se mélangent rapidement avant ;'avoir atteint les limites de parcours imposées par les conditions pratiques.
Cette disposition est réalisée au moyen de la chambre de stratification de l'air et de mélange des couches 56, constituant l'une des caractéristiques de la présente invention et qui peut également être un élément autonome fixé au porte-réchauffeur 14, au moyen des brides 52 et 54 reliées entre elles.
Pour diriger l'air versle réchauffeur 32,vers la déri- vation 38, ou vers ces deux éléments à la fois, l'étranglement dans lequel agit le registre 20 peut être formé par la chicane 60 prévue sur l'une des parois latérales 58 de l'élément 22 qui porte le registre et par la, chicane 64 disposée sur l'autreparoi laté- rale 62 de cet élément 22.
Le point d'intersection de la paroi antérieureinclinée 66 et de la paroi postérieure également inclinée 68 de la chicane 60 constitue l'une des surfaces de butée 34 du registre 20 et le point d'intersection de la paroi antérieure inclinée 70 et de la
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paroi postérieure également inclinée 12 de l'autre chicane constitue l'autre surface de butée 40 du registre.
Dans la chambre 56 de stratification de l'air et de mélange des cmches, il est prévu un organe permettant de frac- tionner les deux courants d'air (chaud et non chauffé) en entre- mêlant les couches ainsi formées de manière à les projeter dans la même direction générale de propagation hors de la chambre, sous la forme d'un seul courant dont lesdites couches consti- tuent les éléments constituants chauffés et non chauffés alternés perpendiculairement au courant. Cet organe est formé d'un élément en chicane 74 qui peut être fixé aux parois supérieure et infé- rieur 76 de la chambre 56, par exemple à l'aide de vis 78.
L'élément 74 est formé de plaques espacées, de préférence de forme triangulaire 80, dont les sorbets sont disposés d'une manière hermétique le long de l'un des bords du réchauffeur 32.
Pour former des canaux espacés relativement étroits 82 pour l'air du réchauffeur, canaux qui ne sont ouverts que vers le oompartiment d'admission de l'air chaud 84 qui communique avec le réchauffeur 32, les paires adjacentes de plaques 80 sont réunies l'une à l'autre sur l'un des côtés du sommet des triangles formés par ces plaques, au moyen des parois de séparation 86.
Pour séparer chaque canal d'air chaud 82 du canal d'air chaud voisin par un autre canal 90 relativement étroit déstiné à l'air non chauffe, des canaux 90 n'étant ouverts que vers le compartiment d'admission d'air non chauffé 92 communiqunant avec la dérivation 38, les paires de plaques voisines voisiones 80 sont réunies sur les autres côtés des triangles par les parois de séparation 88.
Les bases 94 des plaques triangulaires 80 ne sont pas reliées, de sorte qu'elles forment des orifices de sortie voisins utilisés alternativement par l'air chaud et par l'air non chauffé, de sort que le courant d'air expulsé de la chamore de mélange soit formé de minces couches d'air chaud séparées par de minces
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couches ']'air non chauffe, ]'ensemble se propageant dans
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la 1;13a.;ie â i , ! ion "'3n;'riÜe.
Etant donné que ces couches cinstituantes sont relati- ver,,:::.rt i!i;1Ct'3, ell:;s's',inter';:'3nètrent rapidement, je manière à forcer après un parcours relativement réduit un courant de températurepratiquement uniforme.
Le mélange rapide des couches constituantes chaudes et
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non chauffes est acc::lré dans une granle 1[,e::;11['8 par les remous de l'air lorsqu'il quitte l' -lrnent en chicane, un degré de tur- bul3nce relativement 41evé étant produit par le passage de l'air entreles plaques ou parois immédiatement voisines dans la cham- brede mélange.
Pour distribuer l'air chaud à l'ensembledes canaux 82 et pour assurer sa. propagation uniforme à travers la, superficie des orifices de sortie correspondants, on fixe dans le compar-
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timent 849 le long des parois supérieure et inférieur 1Q de la chambre z9 des ailettes déf18ctrices d'air espacées 22, au nom- tra de trois dans l'exemple reprsent. Ces ailettes sont incur- @ées vers les parois 88, de sorte que l'air chaud qui pénètre dans les canaux est chasse vers leurs parois latérales fermées, et par suite les remplit entièrement de haut en bas.
Four le même but, on fixe au compartiment 92, le Ions des parois de la, chambre de mélange, des ailettes déflectrices d'air
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espaces 8. Dans l'exemple représenté, il suffit de prévoir deux de ces ailettes, étant donne que les parois 88 sont plus courtes que les parois 86, et ces ailettes sont incurvas vers les parois
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S de maniée quel'air non chauff. soit chassa vers les côtés fermas des canô,ux.2±, pour remplir ces passages de haut en bas.
Les plaques 8 sont s 5pciY3eS par une distance telle que les courants soient fractionnas en couches suffisaient minces pour qu'on obtienne les caractéristiques d-0sirb8S. Cette distance çiéjniijd dans une certaine mesure des dimensions de l ' élà,<ient chauffant uti- lisé.
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En pratique, on a constaté qu'une distance de 5 à 10 centimètres, entre les plaques donne d'excellents résultats, l'espacement de 5 centimètres étant utilisé pour un réchauffeur de 0,60 m. au carré, et celui de 10 centimètres pour un réchauf- feur de 1,20 m. au carré.
On se rendra compte que, dans cette réalisation de l'in- vention, il importe que la communication'entre le compartiment d'admission d'air chaud 84 et le compartiment d'admission d'air non chauffé 92 soit impossible, de façon que l'air de l'un des compartiments ne puisse pénétrer dans l'autre avant que les courants d'air ne soient fractionnés et entremêlés de la façon décrite.
A cet effet, l'élément en chicane 74 peut être fixé sur l'enveloppe du ràchaiiffeur d'une manière convenable quelconque, par exemple par soudée ou par brasure, de manière qu''on obtienne un joint hermétique le long des sommets 99, au point où ils repo- sent sur la partie 32 du réchauffeur (Figure 1), afin que la communication entre les compartiments 84 et 92 soit impossible.
Bien qu'on puisse utiliser des plaques ou parois en chi- cane 80 de formes différentes pour la réalisation pratique de l'invention, on a constaté que les plaques de forme triangulaire sont particulièrement avantageuses.
Cette forme triangulaire permet la construction des pla- ques en chicane à l'aide d'une quantité minimum de matière.
De plus, cette forme triangulaire permet de réaliser une structure d'un encombrement moindre, étant donné que l'élément en chicane peut être placé directement contre le réchauffeur, tandis qu'avec les autre formes il est nécessaire de prévoir un intervalle entre le réchauffeur et l'élément en chicane.
En outre, cette forme triangulaire réduit la résistance au passage de l'air dans la. chambre de mélange en donnant une super- ficie d'ouverture plus grande pour un courant d'air donné que les autres formes de plaques ou de parois en chicane, et laisse de
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plus de l'espace disponible, dans lequel peuvent être disposées des ailettes déflectrices d'un prix de revient relativement peu élevé telles que celles représentées sur la. figure 1.
Avec des plaques oudes parois d'une autre forme, la, longueur totale de la, chambre de mélange doit être augmentée pour permettre le montage d'ailettes déflectrices de ce type ou bien, selon une variante, on doit installer des ailettes distinctes jans chaque canal @troit, ce qui constitue une mé thde de construction délicate et coûteuse.
Bien que,dans la description qui précède, l'invention est représentée à titre d'exemple dans une application à. un système de chauffage, il va de soi qu'ellepeut être appliquée avec les mêmes avantages à des systèmes de refroidissement.
Lorsqu'il s'agit d'un système de refroidissement, le fonctionnement de la chambre de stratification de l'air et de mélange des couches est pratiquement le même que décritprécé- demment, à cela près qu'un élément de refroidissement estutilisa au lieu de l'élément chauffant et qu'un courant d'air refroidi est mélange avec un courant d'air à la température ambiante.
Il est évident que l'invention permet d'obtenir un dispo- sitif assurant le mélange de courants distincts présentant des caractéristiques différentes qui sont intimement entremêlas pour former rapidement un courant unique de caractéristiques uniformes.
De plus, il va de soi cyme, sans sortir du cadre de l'in- vention et suivant les applications envisagées, on peut apporter des modifications qui apparaîtront aisément aux techniciens.