WO2021005290A1

WO2021005290A1 - Climatiseur d'air

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Publication number: WO2021005290A1
Application number: PCT/FR2020/051180
Authority: WO
Inventors: André Prieur
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-07-05
Filing date: 2020-07-03
Publication date: 2021-01-14
Anticipated expiration: 2022-01-05
Also published as: JP2022538671A; US20220349591A1; CN114303028B; EP3994399A1; EP3994399C0; JP7543324B2; FR3098281B1; CN114303028A; FR3098281A1; EP3994399B1; US11846445B2

Abstract

L'invention concerne un climatiseur d'air, comprenant un compresseur d'air (1) destiné à comprimer l'air à rafraîchir, un échangeur thermique air-liquide (3) destiné à transférer la chaleur de l'air ainsi comprimé vers un liquide placé dans un réservoir (9), un échangeur thermique air-air (5) destiné à abaisser encore la température de l'air à rafraîchir qui, à ce stade, se trouve encore maintenu à l'état d'air comprimé, un moteur à air comprimé (7) permettant d'obtenir une détente de l'air comprimé, ce qui abaisse naturellement sa température et procure de l'air rafraîchi, et une enveloppe (17), possédant de bonnes propriétés d'isolation thermique et destinée à contenir l'ensemble des éléments constitutifs du climatiseur d'air; il ne sera alors pas nécessaire de prévoir une évacuation d'air chaud comme sur la plupart des climatiseurs connus dans l'état de l'art.

Description

CLIMATISEUR D’AIR

DESCRIPTION

La présente invention se rapporte à un climatiseur d’air, comprenant un compresseur d’air, un moteur à air comprimé, des échangeurs thermiques air-liquide et air-air, un moteur à vapeur, l’ensemble de ces éléments étant confinés à l’intérieur d’une enceinte permettant une très bonne isolation thermique par rapport à l’air ambiant à rafraîchir et qui présente l’avantage de ne pas nécessiter de tuyau d’évacuation de l’air chaud vers l’extérieur.

L’invention concerne le domaine des dispositifs de climatisation de l’air et trouvera une application toute particulière dans le domaine des appareils de climatisation portatifs destinés à refroidir une pièce ou un local situés dans une habitation particulière ou un immeuble.

On connaît d’ores et déjà différents types de climatiseurs d’air, qui pour la plupart, fonctionnent selon le même principe que les réfrigérateurs, qui utilisent un cycle de changement de phase d’un fluide réfrigérant, pour transférer de la chaleur de la partie à refroidir vers le milieu extérieur. Le fluide réfrigérant circule dans des échangeurs thermiques situés d’une part dans la partie à refroidir et d’autre part dans le milieu extérieur. Cette circulation s’effectue grâce à un compresseur qui agit comme une pompe pour faire circuler le fluide réfrigérant. Ce cycle se déroule en quatre temps :

1/ Compression : le fluide réfrigérant à l'état vapeur est compressé et sort du compresseur à haute pression et haute température ;

2/ Condensation : le fluide réfrigérant à l’état de vapeur très chaude et comprimée passe alors dans un condenseur (ou échangeur de chaleur), où il va céder de la chaleur au milieu extérieur, ce qui va lui permettre de se liquéfier, c'est-à-dire passer de l'état gazeux à l'état liquide ;

3/ Détente : à la sortie du condenseur, le fluide réfrigérant qui se trouve sous forme liquide et sous haute pression, est détendu en faisant baisser rapidement la pression dans un détendeur. (On fait circuler le fluide réfrigérant au travers d'un orifice). Cette subite baisse de pression a pour effet de vaporiser une partie du fluide réfrigérant, qui se trouve à présent à son état le plus froid du cycle suite à ce changement de phase (liquide - vapeur) ;

4/ Evaporation : le fluide réfrigérant à présent froid et partiellement vaporisé circule dans un évaporateur (échangeur de chaleur) qui se trouve dans la partie à refroidir. Il soustrait de la chaleur au médium (l’air) pour refroidir celui-ci. En absorbant de la chaleur, le fluide réfrigérant s'évapore complètement et passe de l'état liquide à l'état gazeux. Le fluide réfrigérant est alors prêt pour renouveler un nouveau cycle.

Ce cycle présente l’inconvénient d’imposer un transfert de chaleur entre le fluide réfrigérant et le milieu extérieur, lors de la phase de condensation (Phase 2 décrite ci-avant). En effet, dans le cas d’un climatiseur portable placé dans une pièce, il faut nécessairement prévoir l’évacuation des calories extraites du fluide réfrigérant à l’état de vapeur très chaude lors de son refroidissement dans le condenseur. Cette évacuation se fait en général à l’aide d’un tuyau d’évacuation qui redirige l’air chaud à l’extérieur de la pièce, dans le cas d’un climatiseur portable. Dans ce cas, cela impose de prévoir un orifice sur une paroi de la pièce ou dans une ouverture (porte ou fenêtre). Il est également possible de laisser une ouverture entr’ ouverte afin de ménager un passage pour le tuyau d’évacuation de l’air chaud, mais il faut alors calfeutrer ladite ouverture afin de conserver l’air frais à l’intérieur de la pièce et surtout ne pas laisser pénétrer l’air chaud provenant de l’extérieur.

La présente invention propose une solution pour remédier à cet inconvénient, tout en conservant une efficacité de refroidissement comparable à celle obtenue avec les climatiseurs d’air possédant une évacuation de la chaleur vers l’extérieur. La présente invention prévoit d’extraire la chaleur de l’air à rafraîchir directement à l’aide d’un échangeur thermique de type air-liquide, plutôt que d’utiliser le principe d’un changement de phase d’un fluide réfrigérant qui vient ensuite refroidir l’air par évaporation dans un échangeur thermique. La présente invention prévoit que l’air à rafraîchir cède directement de la chaleur au liquide grâce à l’échangeur thermique air-liquide ; la température du liquide s’élèvera en conséquence. De nombreux types de liquides peuvent convenir à la réalisation de l’invention, mais le plus simple sera d’utiliser de l’eau.

A cet effet, l’invention concerne un climatiseur d’air tel que défini à la revendication 1. Des dispositions particulières de ce climatiseur sont prévues dans les revendications dépendantes.

Elle concerne également un ensemble selon la revendication 10.

Selon des modes de réalisation possibles, l’invention concerne un climatiseur d’air, comprenant un compresseur d’air destiné à comprimer l’air à rafraîchir, cette compression s’accompagnant d’une forte élévation de la température de l’air ainsi comprimé ; un échangeur thermique air-liquide destiné à transférer la chaleur de l’air ainsi comprimé vers un liquide placé dans un réservoir ; un échangeur thermique air-air destiné à abaisser encore la température de l’air à rafraîchir qui, à ce stade, se trouve encore maintenu à l’état d’air comprimé ; un moteur à air comprimé permettant d’obtenir une détente de l’air comprimé, ce qui abaisse naturellement sa température et procure de l’air rafraîchi, tout en produisant une énergie mécanique réutilisable pour contribuer à l’entraînement du compresseur d’air, remarquable par le fait que : ledit compresseur d’air sera entraîné mécaniquement par un moteur électrique ou par tout autre type de moteur connu dans l’état de l’art ; ledit compresseur d’air sera préférentiellement d’un type à palettes, connu dans l’état de l’art, ou à défaut de tout autre type tel un compresseur d’air à pistons ou à roue. Ledit compresseur d’air a pour vocation d’amener l’air à rafraîchir à un niveau de pression tel que l’élévation de température qui en résulte soit suffisante pour assurer un transfert de chaleur de l’air à rafraîchir vers un liquide qui sera à une température moins élevée. Dans le cas où ledit liquide sera de l’eau, la pression évoquée ci-avant sera choisie de façon à obtenir une température de l’air comprimé supérieure à 100°C, ce qui permettra un transfert de chaleur depuis l’air comprimé vers l’eau. La pression nécessaire à ce résultat sera de l’ordre d’une dizaine de bars (1 bar = 14,5038 Psi). ledit échangeur thermique air-liquide, de conception connue dans l’état de l’art, est relié à la sortie du compresseur d’air par un conduit, ces deux éléments étant dimensionnés de sorte à permettre le passage de l’air comprimé avec une faible perte de charge, ce que l’homme de l’art saura réaliser facilement, afin que la pression de l’air comprimé demeure pratiquement constante. Ainsi, l’air comprimé subit une transformation isobare - à pression constante - lors de son passage dans l’échangeur thermique air-liquide et la perte d’enthalpie - ou chaleur - qui en résulte se traduit par une baisse de sa température, tout en conservant sa pression. ledit échangeur thermique air-air, de conception connue dans l’état de l’art, est disposé en série avec l’échangeur thermique air-liquide décrit ci-avant, auquel il est relié par un conduit. La fonction de cet échangeur thermique air-air est de réduire encore la température de l’air comprimé récupéré en sortie de l’échangeur thermique air-liquide. A cet effet, l’air utilisé pour le refroidissement sera simplement l’air ambiant dans lequel se situe le climatiseur d’air objet de l’invention. Par ailleurs, ledit échangeur thermique air- air sera dimensionné de sorte à permettre le passage de l’air comprimé avec une faible perte de charge, ce que l’homme de l’art saura réaliser facilement, afin que la pression de l’air comprimé demeure pratiquement constante. Ainsi, l’air comprimé subit une transformation isobare - à pression constante - lors de son passage dans l’échangeur thermique air-air et la perte d’enthalpie - ou chaleur - qui en résulte se traduit par une baisse de sa température, tout en conservant sa pression. ledit moteur à air comprimé utilisant l’air comprimé récupéré à la sortie de l’échangeur thermique air-air décrit ci-avant, auquel il est relié par un conduit, sera préférentiellement de type à palette ou de tout autre type connu dans l’état de l’art, tel par exemple un moteur à pistons ou à turbine. La fonction dudit moteur à air comprimé sera de récupérer en partie le travail mécanique fourni par le compresseur d’air. A cet effet, il est prévu une liaison mécanique entre l’arbre moteur du moteur à air comprimé et l’arbre d’entraînement du compresseur d’air, de type courroie de transmission, chaîne, engrenages ou tout simplement un arbre de transmission, bien connus de l’homme de l’art et non décrits ici. On notera que l’air comprimé utilisé pour entraîner ledit moteur à air comprimé n’ayant subi que des transformations isobares, la pression de l’air à l’entrée du moteur à air comprimé est pratiquement identique à la pression de l’air en sortie du compresseur d’air. Toutefois, la température de l’air comprimé à l’entrée du moteur à air comprimé étant plus basse que la température de l’air comprimé en sortie du compresseur d’air, le volume massique de l’air comprimé à l’entrée du moteur à air comprimé est plus faible que le volume massique de l’air comprimé à la sortie du compresseur d’air. De ce fait, l’énergie mécanique récupérée au niveau du moteur à air comprimé est inférieure au travail mécanique fourni par le compresseur d’air. Ceci reste cohérent du fait de la perte d’enthalpie de l’air comprimé au travers des échangeurs thermiques décrits ci-avant. Enfin, lors de son passage dans le moteur à air comprimé, l’air comprimé subit une détente rapide et retrouve une pression égale à la pression atmosphérique, ce qui a pour effet de réduire instantanément sa température de façon significative et d’obtenir ainsi l’effet de rafraîchissement de l’air recherché. un réservoir de liquide dans lequel se trouve ledit échangeur thermique air-liquide décrit ci-avant sera destiné à récupérer l’enthalpie - ou chaleur - provenant de l’air comprimé en sortie du compresseur d’air. Ledit liquide contenu dans le réservoir de liquide verra naturellement sa température s’accroître durant le fonctionnement du climatiseur d’air. Lorsque la température dudit liquide deviendra trop élevée, au voisinage de 100°C dans le cas de l’eau, il faudra procéder à son remplacement par du liquide frais. Afin d’éviter cette opération de remplacement du liquide, il est possible d’utiliser simplement de l’eau comme liquide pour récupérer la chaleur de l’air comprimé, puis de raccorder le réservoir de liquide à un circuit d’eau qui se renouvelle en continu ou encore qui dirige l’eau réchauffée vers un ballon d’eau chaude. Ces solutions ne seront pas décrites ici car elles peuvent être facilement mises en œuvre par l’homme de l’art et présentent en outre l’inconvénient de devoir effectuer des raccordements hydrauliques entre le climati eur d’air et les canalisations d’eau situées à proximité. Dans d’autres modes de réalisation le liquide peut, par exemple, être un fluide frigorigène. une variante du réservoir de liquide consiste à concevoir celui-ci pour permettre une augmentation de la pression du liquide qu’il contient et autoriser ainsi l’ébullition dudit liquide. Dans cette configuration, le réservoir de liquide pourra contenir le liquide en ébullition ainsi qu’une partie dudit liquide en phase vapeur. Un conduit permettra de diriger le liquide en phase vapeur vers un moteur à vapeur de tout type connu dans l’état de l’art. La vapeur récupérée en aval du moteur à vapeur, de température et de pression plus basses qu’en amont dudit moteur à vapeur, sera dirigée au moyen d’un conduit vers un échangeur thermique vapeur- air qui permettra la condensation de ladite vapeur et un retour à l’état liquide. L’air de refroidissement utilisé par l’échangeur thermique vapeur- air sera simplement issu de l’air ambiant dans lequel se trouve ledit climatiseur d’air. Un compresseur de liquide, également connu sous le nom de surpresseur, relié à la sortie de l’échangeur vapeur-air par un conduit, permettra de réintroduire, à une pression plus élevée, le liquide obtenu par condensation au niveau de l’échangeur vapeur-air vers le réservoir de liquide, qui se trouve également sous pression en raison de l’ébullition dudit liquide qui s’y trouve. Ledit compresseur de liquide sera entraîné par un moteur électrique ou par l’un ou plusieurs des autres éléments en rotation dans ledit climatiseur d’air (compresseur d’air, moteur à air comprimé ou moteur à vapeur). L’arbre moteur dudit moteur à vapeur sera relié mécaniquement aux arbres moteurs du compresseur d’air et du moteur à air comprimé décrits ci-avant. La liaison mécanique non décrite ici pourra être de toute nature connue dans l’état de l’art, tels une courroie, une chaîne, des engrenages ou simplement un arbre de transmission commun aux trois éléments concernés ci-dessus. Cette disposition permettra de récupérer sous forme de travail mécanique, une partie de l’enthalpie que l’air comprimé aura perdue au niveau de l’échangeur air-liquide. On notera que dans certaines phases de fonctionnement du climati eur d’air, la somme des énergies combinées fournies par le moteur à vapeur et le moteur à air comprimé pourra devenir supérieure à l’énergie nécessaire à entraîner le compresseur d’air. Ceci se produit lorsque la température du liquide situé dans le réservoir de liquide est sensiblement supérieure à la température d’ébullition dudit liquide dans les conditions de pression atmosphérique, et que par conséquent, la pression de la vapeur qui en résulte est sensiblement supérieure à la pression atmosphérique. Cela suppose qu’au préalable le compresseur d’air ait fourni un travail suffisant pour élever la température de l’air comprimé qui lui-même fournira en retour une partie de son enthalpie au liquide contenu dans le réservoir de liquide, au travers de l’échangeur thermique air-liquide décrit ci-avant. On notera que G enthalpie extraite de l’air ambiant à rafraîchir entre également en ligne de compte dans ce processus. Dans cette phase particulière, l’énergie mécanique restituée par le climatiseur d’air pourra être utilisée pour actionner les pales d’un ventilateur contribuant à puiser l’air rafraîchi par le climatiseur d’air au sein de la pièce où il se trouve afin d’optimiser son efficacité. L’énergie mécanique restituée pourra également entraîner une génératrice d’électricité qui pourra alimenter d’autres appareils électriques, par exemples d’autres ventilateurs d’air, ou tout simplement restituer de l’énergie électrique au réseau d’alimentation électrique. Ainsi, dans ces conditions particulières, le climatiseur d’air pourra servir de générateur électrique. une enveloppe possédant de bonnes propriétés d’isolation thermique est destinée à constituer une enceinte contenant l’ensemble des éléments constitutifs du climatiseur d’air décrits ci-avant. Cette enveloppe possède une ouverture permettant l’introduction de l’air qui servira à alimenter le compresseur d’air décrit ci-avant. Le flux d’air pénétrant à l’intérieur de l’enveloppe sera pour partie dirigé vers l’échangeur thermique air-air décrit ci-avant au moyen d’un premier conduit dédié et pour partie vers l’échangeur thermique vapeur-air décrit ci-avant au moyen d’un deuxième conduit dédié. La finalité de cette disposition consiste à confiner l’ensemble des éléments constitutifs du climatiseur d’air dans un milieu quasi adiabatique, qui présente très peu d’échanges thermiques avec l’extérieur. De cette façon, l’air ambiant dans lequel se trouve le climatiseur d’air proposé par l’invention, ne sera pas réchauffé inutilement, et il ne sera pas non plus nécessaire de prévoir une évacuation d’air chaud comme sur la plupart des climatiseurs connus dans l’état de l’art, ce qui répond précisément au problème que l’invention se propose de résoudre. Par ailleurs, l’air absorbé par le compresseur d’air qui se situe à l’intérieur de ladite enveloppe, sera préchauffé par les échanges thermiques produits par l’échangeur thermique air-air décrit ci-avant et par l’échangeur thermique vapeur-air décrit ci-avant, ainsi que par les pertes thermiques des autres éléments situés dans l’enveloppe, de sorte que l’enthalpie ainsi récupérée par l’air introduit dans le compresseur d’air sera en partie restituée au niveau de l’échangeur air-liquide décrit ci-avant. une variante de l’enveloppe constituant l’enceinte contenant l’ensemble des éléments constitutifs du climatiseur d’air décrits ci-avant sera de prévoir une double enveloppe constituée de la façon suivante : une première enveloppe contient l’ensemble des éléments constitutifs du climatiseur d’air comme décrite ci-avant. Cette première enveloppe possède une ouverture permettant l’introduction de l’air qui servira à alimenter le compresseur d’air décrit ci-avant. Une deuxième enveloppe viendra entourer la première enveloppe, et sera disposée de sorte qu’une circulation d’air soit possible entre ces deux enveloppes, de façon à ce que ladite circulation d’air se fasse au contact de la plus grande partie possible de la première enveloppe ; ladite deuxième enveloppe possédera une ouverture permettant l’introduction de l’air ambiant dans lequel se trouve le climatiseur d’air, de sorte que le flux d’air ambiant qui sera introduit dans la deuxième enveloppe vienne au préalable circuler entre la première et la deuxième enveloppe avant de s’introduire dans ladite première enveloppe. Cette disposition permet d’utiliser l’air ambiant circulant entre les deux enveloppes décrites ci-avant comme une isolation thermique entre d’une part, les éléments constitutifs du climatiseur d’ air qui sont à une température relativement élevée et d’autre part, l’air ambiant de la pièce où se trouve ledit climatiseur d’air dont on cherche à abaisser la température.

D’autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description qui va suivre, se rapportant à des modes de réalisation du dispositif proposé par l’invention, ayant valeur d’exemples non limitatifs et dont la compréhension sera facilitée en se référant aux dessins ci -joints, qui constituent des représentations schématiques du climatiseur d’air proposé par l’invention :

- Fig. 1 : représentation du climatiseur d’air constitué d’un compresseur d’air (1), d’un échangeur thermique air-eau (3), d’un échangeur thermique air-air (5) et d’un moteur à air comprimé (7).

- Fig. 2 : représentation du climatiseur d’air décrit ci-avant avec la variante du réservoir de liquide (9) permettant une ébullition dudit liquide et la production de vapeur utilisée pour alimenter un moteur à vapeur (11) qui contribuera à l’entraînement du compresseur d’air (1).

- Fig. 3 : représentation du climatiseur d’air décrit ci-avant avec l’enveloppe (17) destinée à confiner les éléments constitutifs de celui-ci.

- Fig. 4 : représentation du climatiseur d’air décrit ci-avant avec une variante proposant une double enveloppe constituée d’une première enveloppe (17) entourant les éléments constitutifs du climatiseur d’air et une deuxième enveloppe (20) entourant la première enveloppe (17). L’exemple d’un mode de réalisation du climatiseur d’air proposé par la présente invention est constitué par (Fig. 1) : un compresseur d’air (1) destiné à comprimer l’air à rafraîchir ; ledit compresseur d’air (1) sera de type « à palettes » bien connu dans l’état de l’art, pour les besoins de cet exemple d’un mode de réalisation, sans que cela ne constitue une quelconque limitation dans l’utilisation d’autres types de compresseurs également connus dans l’état de l’art ; un échangeur thermique air-liquide (3) connu dans l’état de l’art et destiné à transférer la chaleur de l’air ainsi comprimé vers un liquide placé dans un réservoir (9) ;

un échangeur thermique air-air (5) connu dans l’état de l’art et destiné à abaisser encore la température de l’air comprimé en sortie de l’échangeur air-liquide (3) ci-avant ;

un moteur à air comprimé (7), connu dans l’état de l’art, qui aura pour fonction d’obtenir une détente de l’air comprimé accompagné d’un abaissement naturel de sa température, ce qui est le but recherché pour le climatiseur d’air proposé par l’invention, tout en permettant de récupérer une énergie mécanique réutilisable pour contribuer à l’entraînement du compresseur d’air (1), remarquable par le fait que : ledit compresseur d’air (1) sera entraîné mécaniquement par un moteur électrique ou par tout autre type de moteur connu dans l’état de l’art, non représenté sur la figure jointe ; la pression délivrée par le compresseur d’air (1) pourra être de l’ordre d’une dizaine de bars pour les besoins de cet exemple non limitatif, de sorte à élever la température de l’air ainsi comprimé à une valeur sensiblement supérieure à 100°C. De cette façon, un transfert de chaleur pourra s’effectuer au travers de l’échangeur thermique air-liquide (3), depuis l’air comprimé vers le liquide, qui sera constitué par de l’eau dans cet exemple, avec pour effet une possible mise en ébullition de cette eau. Un conduit (2) capable de résister à la pression fournie par le compresseur d’air (1) sera prévu entre ledit compresseur d’air (1) et l’échangeur thermique air-liquide (3). Le conduit (2) et l’échangeur thermique air-liquide (3) seront dimensionnés de sorte à permettre le passage de l’air comprimé avec une faible perte de charge, ce que l’homme de l’art saura réaliser facilement, afin que la pression de l’air comprimé demeure pratiquement constante et égale à la valeur de pression fournie par le compresseur d’air (1). ledit échangeur thermique air-air (5), de conception connue dans l’état de l’art, est disposé en série avec l’échangeur thermique air-liquide (3) décrit ci-avant, auquel il est relié par un conduit (4) ayant des caractéristiques similaires au conduit (2) décrit ci-avant. L’air utilisé pour le refroidissement dudit échangeur thermique air-air (5) sera simplement l’air ambiant dans lequel se situe le climatiseur d’air objet de l’invention. Par ailleurs, ledit échangeur thermique air-air (5) sera dimensionné de sorte à permettre le passage de l’air comprimé avec une faible perte de charge, ce que l’homme de l’art saura réaliser facilement, afin que la pression de l’air comprimé demeure pratiquement constante, comme dans le cas de l’échangeur thermique air-liquide (3). ledit moteur à air comprimé (7) sera constitué simplement par un compresseur d’air à palettes monté de sorte que la circulation du flux d’air se fasse dans le sens inverse du sens utilisé habituellement pour un fonctionnement en mode compresseur d’air ; cette disposition permet de détendre l’air comprimé dans le compresseur d’air et permet en conséquence de récupérer de l’énergie mécanique, ce qui correspond au fonctionnement d’un moteur. Cette disposition constitue un choix préférentiel d’un mode de réalisation, sans que cela ne constitue une quelconque limitation dans l’utilisation d’autres types de moteurs à air comprimé également connus dans l’état de l’art ; ledit moteur à air comprimé (7) utilisera l’air comprimé récupéré à la sortie de l’échangeur thermique air-air (5) décrit ci-avant, auquel il est relié par un conduit (6), de caractéristiques similaires à celles du conduit (2) et du conduit (4). La fonction dudit moteur à air comprimé (7) étant de détendre la pression de l’air comprimé amené par le conduit (6) pour en abaisser la température de façon significative et évacuer vers l’extérieur du climatiseur d’air, l’air détendu ainsi rafraîchi par l’intermédiaire d’un conduit (8) raccordé à la sortie d’air du moteur à air comprimé (7) ; par ailleurs, le travail mécanique fourni par le moteur à air comprimé (7) sera en partie transmis au compresseur d’air (1). A cet effet, il est prévu une liaison mécanique entre l’arbre moteur du moteur à air comprimé (7) et l’arbre d’entraînement du compresseur d’air (1), de type courroie de transmission, chaîne, engrenages, arbre de transmission, ou tout autre liaison mécanique, bien connus dans l’état de l’art et non représentés sur la figure jointe ici. ledit réservoir de liquide (9) dans lequel se trouve l’échangeur thermique air-liquide (3) décrit ci-avant sera destiné à récupérer l’enthalpie - ou chaleur - provenant de l’air comprimé en sortie du compresseur d’air (1). Ledit liquide étant constitué par de l’eau dans l’exemple présent et contenu dans ledit réservoir de liquide (9) verra naturellement sa température s’accroître durant le fonctionnement du climatiseur d’air. Lorsque la température de cette eau deviendra trop élevée, au voisinage de 100°C, il faudra procéder à son remplacement par de l’eau plus fraîche. Afin d’éviter cette opération de remplacement de l’eau, il suffira de raccorder le réservoir de liquide à un circuit d’eau qui se renouvelle en continu ou encore qui dirige l’eau réchauffée vers un ballon d’eau chaude. Ces solutions ne seront pas décrites ici car elles peuvent être facilement mises en œuvre par l’homme de l’art et présentent en outre l’inconvénient de devoir effectuer des raccordements hydrauliques entre le climatiseur d’air et les canalisations d’eau situées à proximité. une variante du réservoir de liquide (9) (Fig. 2), consiste à concevoir celui-ci pour permettre une augmentation de la pression du liquide qu’il contient et autoriser ainsi l’ébullition dudit liquide. Dans cette configuration, le réservoir de liquide (9) pourra contenir l’eau en ébullition ainsi qu’une partie de cette eau en phase vapeur. Un conduit (10) permettra de diriger l’eau en phase vapeur vers un moteur à vapeur (11) de tout type connu dans l’état de l’art. Pour les besoins de l’exemple d’un mode de réalisation préférentiel, ledit moteur à vapeur (11) sera constitué comme le moteur à air comprimé (7), et sera de type « à palettes ». La vapeur récupérée en aval du moteur à vapeur (11), de température et de pression plus basses qu’en amont du moteur à vapeur (11), sera dirigée au moyen d’un conduit (12) vers un échangeur thermique vapeur- air (13) qui permettra la condensation de ladite vapeur et un retour à l’état liquide. L’air de refroidissement utilisé par l’échangeur thermique vapeur-air (13) sera simplement issu de l’air ambiant dans lequel se trouve ledit climatiseur d’air. Un compresseur de liquide (15) relié à la sortie de l’échangeur thermique vapeur-air (13) par un conduit (14), et relié au réservoir de liquide (9) par un conduit (16), permettra de réintroduire l’eau obtenue par condensation au niveau de l’échangeur thermique vapeur-air (13) vers le réservoir de liquide (9) qui se trouve alors sous pression en raison de l’ébullition de l’eau qui s’y trouve. Ledit compresseur de liquide (15) sera entraîné par un moteur électrique ou par l’un ou plusieurs des autres éléments en rotation dans ledit climatiseur d’air : compresseur d’air (1), moteur à air comprimé (7), moteur à vapeur (11). L’arbre moteur dudit moteur à vapeur (11) sera relié mécaniquement aux arbres moteurs du compresseur d’air (1) et du moteur à air comprimé (7) décrits ci-avant. La liaison mécanique non décrite ici pourra être de toute nature connue dans l’état de l’art, tels une courroie, une chaîne, des engrenages ou simplement un arbre de transmission commun aux trois éléments concernés ci-dessus, qui constitue une solution préférentielle en raison de sa simplicité de mise en oeuvre. Cette disposition permettra de récupérer sous forme de travail mécanique, une partie de l’enthalpie que l’air comprimé aura perdue au niveau de l’échangeur air-liquide (3). une enveloppe (17) (Fig. 3), possédant de bonnes propriétés d’isolation thermique est destinée à constituer une enceinte contenant l’ensemble des éléments constitutifs du climatiseur d’air décrits ci-avant. Cette enveloppe (17) possède une ouverture permettant l’introduction de l’air qui servira à alimenter le compresseur d’air (1) décrit ci-avant. Le flux d’air pénétrant à l’intérieur de l’enveloppe (17) sera pour partie dirigé vers l’échangeur thermique air-air (5) au moyen d’un conduit (19) et pour partie vers l’échangeur thermique vapeur-air (13) au moyen d’un conduit (18). La finalité de cette disposition consiste à confiner l’ensemble des éléments constitutifs du climatiseur d’air dans un milieu quasi adiabatique, qui présente très peu d’échanges thermiques avec l’extérieur, grâce à la bonne isolation thermique procurée par ladite enveloppe (17). De cette façon, l’air ambiant dans lequel se trouve le climatiseur d’air ne sera pas réchauffé inutilement, et par ailleurs, l’air absorbé par le compresseur d’air (1) qui se situe à l’intérieur de ladite enveloppe (17), sera préchauffé par les échanges thermiques produits par l’échangeur thermique air-air (5) et par l’échangeur thermique vapeur-air (13) ainsi que par les pertes thermiques des autres éléments situés dans l’enveloppe (17), de sorte que l’enthalpie ainsi récupérée par l’air introduit dans le compresseur d’air (1) sera en partie restituée au niveau de l’échangeur thermique air-liquide (3) décrit ci-avant. une variante de l’enveloppe constituant l’enceinte contenant l’ensemble des éléments constitutifs du climatiseur d’air décrits ci-avant sera de prévoir une double enveloppe constituée de la façon suivante (Fig. 4) : une première enveloppe (17) contient l’ensemble des éléments constitutifs du climatiseur d’air comme décrite ci-avant. Cette première enveloppe (17) possède une ouverture permettant l’introduction de l’air qui servira à alimenter le compresseur d’air (1) décrit ci-avant. Une deuxième enveloppe (20) viendra entourer la première enveloppe (17), et sera disposée de sorte qu’un espace de circulation d’air (22) soit ménagé entre ces deux enveloppes, de façon à ce que ladite circulation d’air se fasse au contact de la plus grande partie possible de la première enveloppe (17) ; ladite deuxième enveloppe (20) possédera une ouverture (21) permettant l’introduction de l’air ambiant dans lequel se trouve le climatiseur d’air, de sorte que le flux d’air ambiant qui sera introduit dans le climatiseur d’air, vienne au préalable circuler entre la première enveloppe (17) et la deuxième enveloppe (20) avant de s’introduire dans ladite première enveloppe (17). Cette disposition permet d’utiliser l’air ambiant circulant entre les deux enveloppes décrites ci-avant comme une isolation thermique entre d’une part, les éléments constitutifs du climatiseur d’air qui sont à une température relativement élevée et d’autre part, l’air ambiant de la pièce où se trouve ledit climatiseur d’air dont on cherche à abaisser la température.

Plus généralement, la présente invention propose un climatiseur d’air, comprenant un compresseur d’air (1) destiné à comprimer l’air à rafraîchir, un échangeur thermique air- liquide (3) destiné à transférer la chaleur de l’air ainsi comprimé vers un liquide placé dans un réservoir (9), un échangeur thermique air-air (5) destiné à abaisser encore la température de l’air à rafraîchir qui, à ce stade, se trouve encore maintenu à l’état d’air comprimé, un moteur à air comprimé (7) permettant d’obtenir une détente de l’air comprimé, ce qui abaisse naturellement sa température et procure de l’air rafraîchi, tout en produisant une énergie mécanique réutilisable pour contribuer à l’entraînement du compresseur d’air (1), caractérisé par le fait que :

- ledit compresseur d’air (1), de conception connue dans l’état de l’art, est entraîné mécaniquement par un moteur électrique ou par tout autre type de moteur connu dans l’état de l’art ;

- ledit échangeur thermique air-liquide (3), de conception connue dans l’état de l’art, est relié à la sortie du compresseur d’air (1) par un conduit (2) capable de résister à la pression fournie par le compresseur d’air (1), ledit échangeur thermique air-liquide (3) et ledit conduit (2) étant dimensionnés de sorte à permettre le passage de l’air comprimé avec une faible perte de charge

- ledit échangeur thermique air-air (5), de conception connue dans l’état de l’art et destiné à abaisser encore la température de l’air comprimé en sortie de l’échangeur air-liquide (3), est relié au dit échangeur thermique air-liquide (3) par un conduit (4) ayant des caractéristiques similaires au conduit (2), tandis que ledit échangeur thermique air-air (5) est dimensionné de sorte à permettre le passage de l’air comprimé avec une faible perte de charge ; par ailleurs, l’air utilisé pour le refroidissement dudit échangeur thermique air-air (5) est l’air ambiant dans lequel se situe le climatiseur d’air objet de l’invention ;

- ledit moteur à air comprimé (7), de conception connue dans l’état de l’art et utilisant l’air comprimé récupéré à la sortie de l’échangeur thermique air-air (5), auquel il est relié par un conduit (6) de caractéristiques similaires à celles du conduit (2) et du conduit (4), contribue à l’entraînement du compresseur d’air (1) par une liaison mécanique entre l’arbre moteur dudit moteur à air comprimé (7) et l’arbre d’entraînement du compresseur d’air (1), ladite liaison mécanique étant d’un type connu dans l’état de l’art ;

- ledit réservoir de liquide (9) dans lequel se trouve l’échangeur thermique air-liquide (3) est destiné à récupérer l’enthalpie provenant de l’air comprimé en sortie du compresseur d’air (1)

- une enveloppe (17), possédant de bonnes propriétés d’isolation thermique est destinée à contenir l’ensemble des éléments constitutifs du climatiseur d’air proposé par l’invention, tandis qu’une ouverture dans ladite enveloppe (17) permet l’introduction de l’air servant à alimenter le compresseur d’air (1) ; par ailleurs le flux d’air pénétrant à l’intérieur de l’enveloppe (17) est pour partie dirigé vers l’échangeur thermique air-air (5) au moyen d’un conduit (19) et pour partie dirigé vers l’échangeur thermique vapeur-air (13) au moyen d’un conduit (18) ;

Suivant une disposition particulière de ce climatiseur, pouvant être prise en combinaison avec celles définies ci-dessus, ledit climatiseur d’air est utilisé en tant que générateur électrique, durant les phases où la température du liquide situé dans le réservoir de liquide (9) est sensiblement supérieure à la température d’ébullition dudit liquide dans les conditions de pression atmosphérique, et que par conséquent, la pression de la vapeur qui en résulte est sensiblement supérieure à la pression atmosphérique.

Claims

REVENDICATIONS

1/ Climatiseur d’air, comprenant un compresseur d’air (1) destiné à comprimer l’air à rafraîchir ; un moteur pour entraîner ledit compresseur d’air (1) ; un réservoir de liquide (9) contenant un échangeur thermique air-liquide (3) au contact du liquide et relié à la sortie du compresseur d’air (1) par un premier conduit (2) ; un échangeur thermique air-air (5) relié au dit échangeur thermique air-liquide (3) par un deuxième conduit (4) ; un moteur à air comprimé (7) relié à la sortie dudit échangeur thermique air-air (5) par un troisième conduit (6) ; et une enveloppe (17) possédant des propriétés d’isolation thermique, destinée à contenir l’ensemble des éléments constitutifs dudit climatiseur d’air, et présentant une ouverture permettant l’introduction de l’air servant à alimenter le compresseur d’air (1) ;

climatiseur d’air dans lequel : - les premier, deuxième et troisième conduits (2, 4, 6) sont capables de résister à la pression fournie par le compresseur d’air (1) et dimensionnés de sorte à permettre le passage de l’air comprimé avec une faible perte de charge ;

- ledit échangeur thermique air-liquide (3) est destiné à transférer la chaleur de l’air à rafraîchir comprimé par le compresseur d’air (1), vers le liquide placé dans ledit réservoir de liquide (9), et est dimensionné de sorte à permettre le passage de l’air comprimé avec une faible perte de charge ;

- ledit échangeur thermique air-air (5) est destiné à abaisser encore la température de l’air comprimé en sortie de l’échangeur thermique air-liquide (3), et est dimensionné de sorte à permettre le passage de l’air comprimé avec une faible perte de charge, l’air utilisé pour le refroidissement dudit échangeur thermique air-air (5) étant l’air ambiant dans lequel se situe le climatiseur d’air ; - ledit moteur à air comprimé (7) permet d’obtenir une détente de l’air comprimé récupéré à la sortie de l’échangeur thermique air-air (5), ce qui abaisse naturellement sa température et procure de l’air rafraîchi, tout en produisant une énergie mécanique réutilisable ; et

- l’arbre moteur dudit moteur à air comprimé (7) est relié à l’arbre d’entraînement du compresseur d’air (1) par une liaison mécanique, ceci afin de récupérer de l’énergie mécanique fournie par le moteur à air comprimé (7). 2/ Climatiseur d’air selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comprend un moteur à vapeur (11), ainsi qu’un conduit (10) reliant ledit moteur à vapeur (11) au dit réservoir de liquide (9), lui-même conçu pour permettre une augmentation de la pression du liquide qu’il contient et autoriser ainsi l’ébullition dudit liquide, tandis que ledit moteur à vapeur (11) permet d’abaisser la température et la pression de la vapeur qui le traverse et tandis que ledit climatiseur d’air comprend un échangeur thermique vapeur-air (13), ainsi qu’un conduit (12) qui relie la sortie dudit moteur à vapeur (11) au dit échangeur thermique vapeur-air (13), lequel permet la condensation de ladite vapeur et son retour à l’état liquide, l’air de refroidissement utilisé par l’échangeur thermique vapeur-air (13) étant issu de l’air ambiant dans lequel se trouve ledit climatiseur d’air, et ledit climatiseur d’air comprend en outre (i) un conduit (18) qui relie ladite ouverture prévue dans l’enveloppe (17) du climatiseur d’air à l’échangeur thermique vapeur-air (13), afin d’abaisser la température de ladite vapeur, et un conduit (19) reliant ladite ouverture prévue dans l’enveloppe (17) à l’échangeur thermique air-air (5) pour préchauffer l’air absorbé par le compresseur d’air (1) qui se situe à l’intérieur de ladite enveloppe (17), tout en abaissant la température de l’air comprimé en sortie de l’échangeur thermique air-liquide (3), (ii) un compresseur de liquide (15) ainsi qu’un conduit (14) qui relie la sortie de l’échangeur thermique vapeur-air (13) au dit compresseur de liquide (15) et un conduit (16) qui relie ledit compresseur de liquide (15) au dit réservoir de liquide (9), ledit compresseur de liquide (15) permettant de réintroduire le liquide obtenu par condensation de la vapeur intervenue dans l’échangeur thermique vapeur-air (13) vers le réservoir de liquide (9) qui se trouve alors sous pression en raison de l’ébullition du liquide qui s’y trouve, et (iii) un moteur électrique pour entraîner ledit compresseur de liquide (15), ou bien ledit compresseur de liquide (15) est relié mécaniquement à l’un ou plusieurs des autres éléments entraînés en rotation dans ledit climatiseur d’ air : compresseur d’ air ( 1 ), moteur à air comprimé (7) ou moteur à vapeur (11), tandis que l’arbre moteur dudit moteur à vapeur (11) est relié mécaniquement aux arbres du compresseur d’air (1) et du moteur à air comprimé (7).

3/ Climatiseur d’air selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu’il comprend une deuxième enveloppe (20) qui entoure la première enveloppe (17) contenant l’ensemble des éléments constitutifs dudit climatiseur d’air, de manière à ce qu’un espace de circulation d’air (22) soit ménagé entre lesdites enveloppes (17, 20), de façon à ce que ladite circulation d’air se fasse au contact de la plus grande partie possible de la première enveloppe (17) ; ladite deuxième enveloppe (20) possède une ouverture (21) permettant l’introduction de l’air ambiant dans lequel se trouve le climatiseur d’air, de sorte que le flux d’air ambiant qui est introduit dans le climatiseur d’air vienne au préalable circuler entre la première enveloppe (17) et la deuxième enveloppe (20) avant de s’introduire dans ladite première enveloppe (17).

4/ Climatiseur d’air selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit climatiseur d’air est adapté à entraîner une génératrice d’électricité destinée à récupérer par une liaison mécanique, l’énergie mécanique restituée par le moteur à vapeur (11) et le moteur à air comprimé (7) dudit climatiseur d’air, durant les phases de fonctionnement du climatiseur d’air où la somme des énergies mécaniques combinées fournies par le moteur à vapeur (11) et le moteur à air comprimé (7) devient supérieure à l’énergie mécanique nécessaire à entraîner le compresseur d’air (1) ; ledit climati eur d’air étant alors apte à alimenter d’autres appareils électriques, ou restituer au réseau d’alimentation électrique l’énergie électrique ainsi obtenue.

5/ Climatiseur d’air selon la revendication 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit compresseur d’air (1) est de type à palettes.

6/ Climatiseur d’air selon la revendication 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que ledit moteur à air comprimé (7) est de type à palettes.

7/ Climatiseur d’air selon la revendication 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caractérisé en ce que ledit moteur à vapeur (11) est de type à palettes.

8/ Climatiseur selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le moteur pour entraîner le compresseur d’air (1) est un moteur électrique.

9/ Climatiseur selon les revendications 4 et 8, caractérisé en ce que la génératrice d’électricité est le moteur électrique pour entraîner le compresseur d’air (1).

10/ Ensemble comprenant une génératrice d’électricité et un climatiseur selon la revendication 4 et adapté à entraîner la génératrice d’électricité.