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Installation de conditionnement d'air, pour enceintes à pression constante.
La présente invention a trait à. une installation de conditionnement d'air pour enceintes à pression constante, no- tamment pour cabines d'aéronefs navigant à altitudes élevées. et même stratosphériques, altitudes auxquelles l'existance humaine normale n'est pas possible dans l'atmosphère environnan- te sans recourir à des artifices spéciaux.
Parmi ces artifices, on en a principalement proposé de deux oatégories: l'une qui consiste à munir chaque occupant de l'aéronef d'une sorte de scaphandre à l'intérieur duquel on réalise par des moyens appropriés les conditions nécessai- res de pression et de respirabilité de l'air, l'autre qui oon- siste à réaliser une cabine d'étanchéité pratiquement suffi- sante pour pouvoir satisfaire, à plus grande échelle, à ces mêmes conditions.
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La présente invention appartient particulièrement à la deuxième catégorie bien qu'elle puisse être adaptée aux scaphanures cites pour la première catégorie et vise plus spécialement une cabine pour aéronefs, agencée de manière qu'à l'intérieur de ses parois, la variation des principaux facteurs conditionnant la vie humaine ne dépasse jamais les limites compatibles avec cette existence même ; ces facteurs sont essentiellement: la température, le degré hygrométrique, la concentration en gaz oarbonique, la concentration en oxygène, et enfin la pression.
L'invention est basée sur l'hypoLhèse que l'aéronef se déplace dans l'air atmosphérique normal, mais dont la pression peut descendre jusqu'à par exemple 1/20ème d'atmos- phère (ce qui correspond à l'altitude de vol à 19.000 mètres), ledit air se trouvant à une température queloonque.
L'enceinte à l'intérieur de laquelle les conditions susdites doivent être satisfaites, est tnéoriquement étanohe , c'est-à-dire capable de supporter mécaniquement les différen- ces de pression qui peuvent s'établir entre les deux faces de ses parois.
Oonformément à l'invention, les conditions ci- dessus sont satisfaires de la manière suivante:
1 ) Constance de la température.
La cabine est ohauffée par un courant d'air cir- oulant en circuit fermé et traversant successivement un appareillage réchauffeur et un appareillage humidificateur
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L'invention visa plus spécialement des moyens perfec- tionnés pour assurer le chauffage régulier et, lee cas échéant, le réglage automatique des températures au degré voulu.
2 ) Maintien du degré hygrométrique.
Le degré hygrométrique optimum, que la prati que a permis de fixer nntre les limites de 30 et 70 %, est maintenu constant grâce au dispositif humidificateur interposé dans la circulation d'air de chauffage, comme il vient d'être dit, et des moyens sont prévus pour assurer le réglage automatique du degré hygrométrique quelle que puisse en être la variation sous l'effet des conditions momentanées.
L'invention prévoit également des moyens pour éviter la condensation et le givrage à. l'intérieur de la cabine.
3 ) Concentration en gaz carbonique et concentra- tion en oxygène,
Des moyens, connus en soi, permettant de maintenir à une valeur suffisamment faible la teneur en gaz carbonique de l'air oontenu, dans l'enoeinte et, en même temps, de faire varier en cas de besoin, la concentration en oxygène par apport d'oxygène frais.
4 ) Maintien de la pression.
Le maintien de la pression à l'intérieur de la cabine est assurée au moyen d'un oompresseur de type quel- conque qui aspire l'air extérieur pour l'envoyer à l'inté- rieur de la cabine en le comprimant et en le débitant, soit directement dans la cabine, soit dans le circuit de chauffa- ge precité, en équilibre de pression, st en quantité suffi- sante pour maintenir la pression entre les valeurs-limites nécessaires.
OeAispositif a également pour effet de remédier aux .
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manques d'étanchéité et aux fuites accidentelles de moindre importance, les surpressions éventuelles étant compensées par des dispositifs régulateurs permettent l'échappement de l'air vers l'extérieur lorsque la pression dépasse la valeur limite supérieure fixée.
L'invention s'étend également aux dispositifs régula- teurs et aux dispositifs de sécurité nécessaires pour assurer un fonctionnement homogène de l'ensemble ci-dessus décrit et pour permettre aux occupants de la cabine de quitter celle-ci en cas de nécessité sans rencontrer de difficultés mécaniques pour l'ouverture de la ou des ouvertures de sortie.
L'invention va être decite ci-après en decail en se référant' aux dessins annexés dans lesquels:
La figure 1 représente un schéma d'ensemble de l'ins- tallation,
La figure 2 est une coupe verticale à plus grande échelle du régulateur de pression.
La figure 3 montre schématiquement le régulateur d'humidité fonctionnant par apport de vapeur d'eau dans le circuit de ventilation.
La figure 4 montre la disposition d'ensemble du ré- gulateur d'humidite.
La figure 5 montre une variante du dispositif humi- dificateur.
La figure 6 montre une variante de l'humidificateur d'air.
Dans le schéma d'ensemble de la figure 1, la référene ce 10 désigne la paroi d'une enceinte (,elle qu'une cabine d'aéronef du type dit à pression constante. Cette cabine com- porte des regards ou hublots 11 et une trappe d'accès et et de sortie 12.
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L'appareillage de conditionnement d'air qui, pour plus de clarté, a été représenté en majeure partie à l'extérieur de la cabine, se trouve en pratique dans ou adjacente à celle- ci.
Cet appareillage comporte essentiellement une source de chaleur aveo ses accessoires, des dispositifs humidificateurs et régulateurs, des gaines d'aspiration et de refoulement, le tout fonctionnant en cycle clos, et, en dérivation sur ce cycle, des moyens pour l'apport éventuel d'air et/ou d'oxygène compri- mé, ainsi éventuellement que des dispositifs absorbeurs de CO2.
Le cycle clos est agencé de la manière suivante : l'air qui se trouve à l'intérieur de la cabine 10 - et qui a été vicié par la respiration des csoupants, de celle-ci, ou par toute autre cause (gaz dégagé par les armes ou appareils situés dans ladite cabine par exemple) - est repris dans la trémie 13 et aspiré à travers la gaine 14 et l'humidificateur 15 par le coté aspiration de la soufflante 16 entratnée par un moteur 17. Cette soufflante refoule l'air à travers la gaine 18 dans les tubulures de distribution 19 et 19a, d'où il s'échappe dans la cabine par les diffuseurs principaux 20 et 20a, et les diffuseurs secondaires 21 et 21a. Ces derniers servent notamment au dégivrage des hublots 11.
Entre l'humidificateur 15 et la soufflante 16, est interposé le réchauffeur 22, qui fonctionne en série avec le condenseur 23, ce dernier recevant des vapeurs venant ci' une chaudière - non figurée - par une tuyauterie 24. Cette chau- dière, qui sera de préférence du type à vaporisation rapide, à, réalimentation en circuit fermé, traverse donc le conden- seur 23, puis le réchauffeur 22 pour s'échapper par la tuyauterie 25.
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Tant que la température de l'air dans la cabine 10 n'a pas atteint la valeur désirée, les auvents orientables régulateurs 26, disposés dans l'enveloppe 27 du condenseur 23, restent fermes, grâce à l'action d'un dispositif de com- mande consti cué par un relais electropneumatique 28 par exem- plé, alimenté par une conduite d'air comprimé 29.
Lorsque la température désirée est atteinte, un ré- gulateur 30, de tout type connu, situé dans la cabine 10 et qui dans l'exemple figuré est supposé être un thermostat à contact électrique, ferme le circuit de commande du relais 28, ce qui provoquer l'ouverture des auvents 26, et, partent, la condensation de la vapeur dans le condenseur- 23, et l'arrêt de l'alimentation du rechauffeur 22. (Ceci suppose évidemment que le condenseur 23 est suffisant pour condenser la totalité de la vapeur produite par la chaudière).
Il va de soi que le régulateur automatique 30 pourrait aussi être remplacé ou doublé par un simple interrupteur ac- tionné à la main, et de même que la commande des auvents peut être assurée par tous autres moyens.
L'enroulement du relais électro-pneumatique 28 peut également être alimenté par 1'intermédiaire d'un contact mano- métrique 31, qui fonctionne en dépendance des variations de la pression de la vapeur, de telle sorte que les auvents 26 s'ouvrent lorsque cette pression dépasse une valeur déter- minée, et qu'ils se referment dès que l'excès de consommation de vapeur qui en résulte ramène la pression à la valeur normale.
Le contact manométrique peut être remplacé par tout autre mode de commande. Une capsule dilatable soumise à l'action de la vapeur peut, par exemple, agir driectement
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sur les auvents.
Ce système de réglage permet, en particulier, de oonsommer toujours, quelles que soient les conditions d'utili- sation ou de l'installation, la quantité totale de vapeur pro- duite par la chaudière et de faire fonctionner cette dernière à puissance constante sans que cela ait pour effet de faire varier sa surface mouillée ou la pression dans le circuit.
Ce dispositif permet donc de ne pas dépasser une température de vapeur choisie à l'avance, et par conséquent de vaporiser, à. la place de l'eau, un mélange antigel oonvena- blement choisi, et de lui conserver toutes ses propriétés.
C'est là un avantage important pour les installations qui sont soumises à de très basses températures pouvant atteindre ou dépasser - 60 C.
Un purgeur d'air 32 et une soupape de sûreté 33 complètent le circuit vapeur,
Au lieu d'un réchauffeur d'air à vapeur, on peut uti- liser tout autre mode de ohauffage, tel que, par exemple, un brûleur à mazout avec échangeur direct, un réchauffeur à gaz d'échappement ou à eau chaude, etc.....
Pour faire vivre des êtres humains à l'intérieur de la cabine 10, il faut y maintenir une pression suffisante.
D'autre part, les êtres humains produisent une certaine quanttté de vapeur d'eau et de gaz carbonique, qu'il facutéliminer, et consommant une certaine quantité d'oxygène, qu'il faut leur fournir, de manière à ramener toujours les concentrations en gaz carbonique, oxygène et vapeur d'eau en* tre les limites compatibles aveo la vie humaine.
Pour cela:
Un compresseur centrifuge ou volumétrique 34 aspire
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l'air extérieur à la pression à laquelle il se trouve,le com- prime etle débite dans la cabine, de préférence dans le cir- ouit de chauffage, en équilibre de pression la quantité d'air fournie par unité de temps et par occupant étant suffisante pour que les limites définies plus haut ne soient pas dépassées,
34
On notera que le compresseur/pourrait également alimenter, par une liaison non figurée, la tuyauterie 29 dont il a été question plus haut.
On peut aussi prévoir une suralimentation partielle ou totale en oxygène dont le raccord est à titre d'exemple figuré en 35, et pourvu d'un dispositif annexe 36 jouant le rôle de valve de retenue, ce qui permet d'avoir un compres- seur moins encombrant. L'absorption de CO2 peut être effec- tuée en tous points convenables à l'aide de dispositifs non figurés et connus en soi. ,
Le compresseur est avantageux, car la cabine n'est jamais parfaitement étanche, et le rétablissement de la pression, compte Tenu des fuites, conduirait à une consomma- tion prohibitive d'oxygène.
L'air, introduit dans la cabine 10 par le compres- seur, doit s'échapper à l'atmosphère dès que la pression fixée est atteinte; des régulateurs de pression tels que 37, sont prévus à cet effet. Ces régulateurs fonctionnent de la façon suivante (figure 2). Une enveloppe 38, percée d'ouvertures 39, est munie d'un manchon de guidage 40 pour la queue creuse 41 d'un clapet 42 dont la garniture 43 repose sur le rebord 44 qui entoure l'ouverture centrale 45 du couvercle 46. Le cla- pet est appliqué sur son siège par un ressort 47 et un ressort antagoniste 48, logé dans la queue 41 peut être réglé par une via 49 traversant le couvercle 41.
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Le rebord du clapet 42 et l'assise 50 du ressort 47 sont reliés par un manchon plissé 51, formant ainsi une chambre dans laquelle règne une pression P2' la pression agis- sant à travers l'orifice 45 étant P1, et la pression dans l'enveloppe 38 étant Po.
La valve est en équilibre sous l'action de la pression P1, de la pression P2 et du ressort 47. Cet équilibre étant réalisé, lorsque la pression P1 augmente, la valve 42 s'ouvre si elle était fermée, ou s'ouvre davantage si elle était déjà ouverte, ce qui tend à ramener la pression à là valeur P1.
On voit que la pression extérieure po ou ses varia- tions, n'ont pas d'influence sur le fonctionnement du régu- lateur.
8 il y avait intérêt à ce que la valve se ferme par exemple dans le cas où la membrane 51 viendrait à être perfo- rée - ce qui peut être avantageux du point de vue de la sécurité - il suffirait de faire en sorte que P2 soit infé- rieur à la plus petite valeur admissible de Po, ce qui est toujours possible, en donnant au ressort 47 la force voulue.
Dans les conditions normales d'utilisation, po peut aussi être égal à P2, grâce à quoi le fonotionnement de la : valve ne sera pas compromis si la membrane 51 était perforée.
Si pour une raison quelconque, la.,pression à l'inté- rieur de la cabine 10 dépassait les limites fixées, cette anomalie pourrait être mise en évidence très rapidement par un moyen automatique, par exemple un détecteur d'excès et d'in- suffisance de pression, constitué (voir figure 1) par une cap- sule manométrique 52, la quelle s'allonge quand la pression extérieure baisse et se raccourcit quand elle augmente.
Dans chacun de ces deux cas, et pour des valeurs
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de la pression fixées à l'avance, des contacts électriques portés par la capsule 52 ou en liaison avec elle, ferment un circuit électrique, ce qui a pour effet de faire fonc- tionner un signal visible ou audible 53, de caractère dif- férent selon qu'il s'agit d'un dépassement dans un sens ou dans l'autre.
Il y a lieu de prévoir une valve équilibrant immé- aiatement la pression intérieure et la pression extérieure, lorsque cette dernière a tendance à dépasser celle-1,-.
D'autre part, lorsque les occupants sont amenés à quitter d'urgenelnce la cabine par la trappe 12, celle-ci doit pouvoir être ouverte dans un temps aussi court que possible sans nécessiter de manoeuvre longue et compliquée, la trappe étant appliquée sur son chambranle par la suppression intérieure, de resuitat est obtenu grâce à une valve 54 (figure 1) maintenue conçue son siège par un ressort; 55 de faible puissance, et est reliée d'autre pari à une poignée 56 convenablement articulée et normalement rabattue contre la trappe.
Cette poignée est précisément celle sur laquelle on agit pour ouvrir la trappe 12; en la tirant à soi, la première partie de la course a pour effet de séparer la valve 54 de son siège, l'équilibre des pressions inté- rieure, et extérieure s'établit, et la trappe pivote sans difficulté sur sa charnière 57. Lorsque la trappe est fermée, la valve 54 s'ouvre immédiatement si la pression extérieure vient à. dépasser la pression intérieure.
Le régulateur d'humidité 15 (figure 1) a pour effet d'ajouter ou d'enlever de la vapeur d'eau à l'air du circuit de conditionnement, afin de maintenir le degré hygrométrique de cet air entre certaines limites convenables;
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indépendamment des qualités de conditionnement qu'il permet d'obtenir, ce régulateur évite le givrage des points froids, résultant, à l'intérieur de la cabine, du gel de l'humidité en excès dans l'air,
Ce régulateur peut être constitué de plusieurs manières.
Si l'on se réfère par exemple à. la figure 3, qui montre un dispositif applicable dans vous les cas, on y voit un ajutage de venturi, simple ou double, suivant le débit d'eau à obtenir et la hauteur d'aspiration, et placé dans le circuit de ventilation ou dans une dérivation de ce circuit; dans l'exemple de la figues 3, cet ajutage est double; l'aju- tage 58 est placé à l'intérieur de l'ajutage 59, ce qui aug- mente son efficacité.
Dès que le circuit de ventilation est paroouru par un oourant d'air (fléchée 60), le venturi aspire par une tuyauterie 61, de l'eau, dans une capacité convenablement située et la pulvérise dans l'air. Cette capacité peut être une cuve à niveau oonstant 62, reliée par une tuyauterie 63 à un réservoir en charge non figuré et pourvue d'un robinet de vidange 64.
Pour éviter le gel, l'ajutage 59 comporte une chambre circulaire 65 parcourue par un fluide chaud qui arrive par la conduite 66 et s'échappe par la conduite 67.
Pour des températures d'air très basses, l'ajutage 58 pourrai être également muni du même dispositif de protection.
Le dispositif qui vient d'être décrit aveo réfé- rence à la fig. 3 fonctionne dans l'installation de la fig. 1 comme il va être dit oi-aprés, en se référant à la figure 4.
Les canalisations 68 et 69 sont reliées respeoti-
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vment , une source d'air chaud et à une source a'air iroid.
Les canalisations 70 et 71 constituent le circuit primaire d'un échangeur 15a, dont le circuit secondaire est précisément le circuit - soit ouvert, soit ferme - de ventilation de l'en- ceinte à l'interieur de,laquelle on veut régler le degré hy- grométrique de l'air.
A la sortie de 15a, l'air du circuit primaire' est rejeta en 72 à l'extérieur, tandis que l'air du circuit secon- daire rencontre un humidificateur 59 qui peut être du type décrit précédemment. L'air a, à ce moment, une température t, bien déterminée, car la position du volet 74 qui règle la température de l'air à, l'encrée du circuit primaire de l'é- changeur est constamment sous le contrôle d'un thermostat 75 par exemple à l'aide d'une liaison électromécanique 76,
Le debit de l'humidificateur est suffisant pour que l'air du circuit de ventilation à sa température t se trouve saturé.
Par hypothèse, il y a un écart possible entre la Température d'utilisation t' de cet air et la température t (un réchauffeur se trouve sur le parcours de la canalisation 14 avant l'enceinte à conditionner) et l'on peut facilement faire en sorte que l'écart t'- t soit tel que l'humidité de l'air relative/à t' degrés soit de n %, n étant fixé à 1'avance/
L'eau en excès pulvérisée par l'humidificateur 59 est retenue par un séparateur d'eau 77 et recueillie par une poche de vidange 78 d'où elle retourne vers la cuve à niveau constant 62 par la tubulure 79.
Dans certaines conditions de fonctionnement d'une installation de conditionnement d'air, on peu\, également régler le degré hygrométrique au moyen d'un dispositif tel
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que celui qui est représente par la figure 5.
L'air qui arrive par la canalisation 80 se ré- chauffe en traversant le réchauffeur 81, qui peut corres- pondre, par exemple au réchauffeur 22 .de la figure 1; La puissance instantanée de ce ré chauffeur est déterminée par un régulateur de température 82 place sur le parcours ge l'air à conditionner et semblable au thermostat 75 de la figure 4, et qui agit de telle façon que cette puissance augmente proportionnellement aux besoins de ohaleur de ladite enceinte, à l'inférieur de laquelle on désire, par hypothèse, maintenir une température constante.
Après avoir franchi le réchauffeur 81, l'air dont la température s'est élevée, agit sur l'élément sensi- ble du régulateur de Température 82 qui contrôle la posi- tion du volet 83, comme on l'a décrit en détail pour le fonctionnement du volet 74 à la figure 4. suivant la position que prend ce volet, les quantités d'air qui passent par la branche 84 et par la branche 85 du circuit de ventilation, divisé en deux, varient respectivement, leur somme pouvant rester constante.
La fraction qui passe par 85 rencontre un humidifi- cateur puis un séparateur d'eau, qui peuvent être du type décrit précédemment.
Celle fraction de l'air de ventilation se trouve saturée d'humidité, puis en 86, se mélange à l'air qui est passé directement par la veine principale 84.
On voit qu'on peut obtenir un degré hygrométrique constant dans la zone occupée en réglant l'action du régu- lateur 82 sur le volet 83 de façon que là fraction qui ,passe par la branche 85 augmente avec la température qui
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agit en 82.
Le régulateur 82 pourrai aussi bien être placé à l'aspiration ou tenir compte de l'écart entre la température à l'entrée et la température à la sortie du réchauffeur.
Comme il n'est pas toujours indispensable de régler ,le degré hygrométrique à une valeur Très précise, et que ce degré hygrométrique peut varier entre des limites assez larges (entre 30 % et 70 % par exemple), il est possible, à condition que la température de l'air à l'aspiration soit assez basse, de ne pas dépasser ces limites, en ajoutant une quantité d'eau constante par unité de volume d'air.
L'installation représentée par la figure 6 est alors suffisante.
L'air froid est aspiré par 87 et traverse le rechauî- feur 88, analogue au rechauffeur 81 de la figure 5, ou 22 ae la figure 1, puis l'humidificateur désigné par 59 dans les figures 3,4 et 5, qui débite une quantité d'eau constante.
Cette -quantité né dépend que de la vitesse ae l'air supposée constante pour le cas considéré.
Le degré hygrométrique de l'air débité en 89 dépend donc de la quantité d'eau déjà. contenue dans l'air sec en 87 et de l'écart de cempérature encre 87 eL 89, l'apport ae l'hu- midificateur étant constant. Si la température en 87 est suffisamment basse, la quantité d'eau par kilo d'air sec à 1'entrée est faible et les variarions de cette quantité sont également faibles en valeur absolue.
Le degré hygromé-crique de l'air deoité dépend donc principalement ae la temperature en 89. Si les variations de cette température ne sont pas trop importantes, on voit que le degré hygrométrique en 89 variera entre des limites
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relativement étroites.
On peut, au moyen de ce dispositif, obvenir dans le réglage de l'humidité relative, une plus grande préoission, en plagant le débit d'eau qui peut être modifié à l'aide du robinet 90 sous le contrôle d'un rëgula-ceur d'humidité, non figuré, qui peut aussi agir sur la petite quantité d'air qui traverse le Venturi, en modifiant sa vitesse.
REVENDICATIONS
1.) Installation de conditionnement d'air, pour enceintes à pression constante, notamment pour cabines d'aéro- nefs susceptibles de naviguer à des altitudes élevées, carac- térisée par le fait que l'enceinte est alimentée en air-ré- chauffé par un échangeur de chaleur, lui-même alimenté par une chaudière et complété par un humidificateur et par des dispositifs de réglage de la pression, de la température, du degré hygrométrique, de la teneur en gaz carbonique et de la teneur en oxygène.