Brevet FR2045591A1 — publié le 19710305

La présente invention se rapporte à des dispositifs de chauf- . fage unitaire à circulation d'eau chaude recevant leur énergie par des éléments de chauffage à résisitance électrique et, plus spécifiquement, elle se rapporte à l'utilisation de ces dispositifs de chauffage unitaire dans des conditions d'exigences variables en chaleur, en circulation d'air et en introduction d'air extérieur. Ces exigences variables existent par exemple dans des salles d'écoles. L'exigence en chaleur peut être plus grande au début de la matinée, avant que la salle ne soit occupée ; au milieu de la journée, il n'y a pas d'exigence en chaleur mais un besoin sensible de prendre de l'air extérieur et, la nuit, la seule exigence peut être de fournir de la chaleur à un faible taux. Ces conditions variables n'ont étS précédemment satisfaites par aucun diB- positif de chauffage unitaire. Le but général de la présente invention est de satisfaire à ces besoins par des perfectionnements apportés au dispositif de chauffage unitaire à circulation d'eau chaude, utilisant des élé- ments de chauffage à résistance électrique. Des buts spécifiques coiprennent la prévision du fonctionnement sous forme d'un simple dispositif de chauffage par convection, à un fa-ible -taux de pro duction de chaleur, ou, alternativement, en-vue d'une augmentation de capacité de chauffage avec la même surface d'ailettes, par l'utilisation efficace de l'air forcé0 D'autres buts encore comprennent la prévision de l'introduction alternée d'air extérieur ou la reiise en circulation de l'air de la pièce avec ou sans chauffage et la prévision d'installations incorporées attrayantes et efficaces sous les fenêtres. Ces buts et d'autres encore, qui apparattront d'après la description suivante, sont atteints dans la présente invention, qui est généralement résumée comme suit Le dispositif de chauffage unitaire a une chambre allongée. de chauffage de liquide et un chemin de circulation tubulair com- prenant une partie montante à ailettes, à l'intérieur d'un coffret, de préférence incorporé sous une fenêtre, qui a une entrée d'air de convection le long de la paroi de la salle et qui a une sortie d'air supérieure sous la fenêtre. L'air forcé est distribué depuis une extrémité du dispositif de chauffage à travers une chambre d'insufflation à sa partie inférieure, s'étendant sous la chambre de chauffage à partir d'une soufflerie située à cette extrémité.La soufflerie a une entrée d'air extérieure et une entre d'air de relise en circulation, Dans la chambre de chauffage, au moins deux éléments de chauffage à résistance électrique s'étendent parallèlement l'un à l'autre. En fonctionnant à une capacité moindre que la capacité de chauffage maxima, c'est i-dire un seul des éléments de chauffage & à résistance électrique étant excité, l'unit peut servir simplement de dispositif de chauffage par convection.Pour une exigence maxima, l'autre élé- ment de chauffage à résistance est excité tandis que de l'air est forcé par la soufflerie à travers une configuration d'orifices dans la surface supérieure de la chambre d'insufflation, afin d'utiliser les mêmes ailettes pour avoir un plus grand débit de chaleur. La prévision d'air forcé n'interfère en aucune manière avec le système de convection ; au contraire, elle induit un taux même plus grand d'écoulement à travers l'entrée d'air de convection, en augmentant ainsi davantage le débit de chaleur. La souf- flerie est aussi utilisée sans chauffage pour tirer de l'air extérieur. Pour avoir une augmentation d'efficacité de transmission de chaleur, des tubes à ailettes, côte à côte, sont utilisés pour la partie montante du chemin de circulation. Leur largeur d'ailettes est sensiblement égale à la largeur de la surface supérieure perforée de. la chambre d'insufflation et, ils sont alimentis par la chambre de chauffage par des prévisions de tubes ramifiés descendants et montants. Les caractéristiques spécifiques mentionnées ne sont données qu'à titre d'illustration et non de limitation de la présente invention. La présente invention sera maintenant décrite à l'aide d'un exemple de réalisation préféré, en relation avec les dessins ci-joints dans lesquels : La figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif de chauffage unitaire, mettant en oeuvre la présente invention, installé dans la paroi sous une fenêtre, tel qu'indiqué en pointillés, le couvercle latéral et la grille- supérieure étant partiellement découpés . La figure 2 est une vue en perspective du coffret représenté dans-le dispositif de chauffage, la grille supérieure et le recouvrement latéral étant, retirés ; les lignes en pointillés représentant les ailettes de convection. La figure 3 est une vue en coupe,prise le long de la ligne 3-3 de la figure 2. la figure-4 est une vue en coupe,prise le long-de la ligne 4-4 de la figure 2, l'entrée d'air frais étant fermée, la position ouverte étant représentée en-pointiltds. Lafigure 5 est une vue-en coupe fragmentaire,prise le long de la ligne 5-5 de la figure 2, et La figure 6 est un diagramme de -cablage électrique du pré- sent dispositif de chauffage. En se référant maintenant à la figure 1, le présent dispositif de chauffage est spécialement bien adapté pour des installations dans les parois a de salles de classes en dessous de fenêtres b, et, spécialement, là où la partie de paroi c sous les fenêtres b peut être amincie pour fournir l'installation encastrée,repré- sentée sur la figure t. Le dispositif de chauffage unitaire illustré comprend un coffret allongé rectangulaire, généralement désigné par 10, renfermant un panneau 11 dë grille supérieur comprenant des ouvertures 12 de persiennes. Les extrémités droite et gauche 13 et 14 ont des parties en saillie 15, pourvues de rebords vers l'intérieur, qui s1étendent vers le bas jusqu'à un niveau au-dessus de leurs bords inférieurs. Un couvercle intérieur latéral 17 est supporté par les parties 15 en saillie vers l'intérieur, comme on le représente sur la figure 3. I1 a un bord inférieur 18, espacé à niveau du dessous du fond du coffret.Les autres côtés du coffret se composent d'une plaque latérale extérieure 19 et d'une chambre d'insufflation inférieure, généralement désignée par 20, qui s'étend vers l'intérieur à partir de la plaque latérale extérieure 19 sur une distance moindre que la largeur totale du coffret. La chambre d'insufflation, généralement désignée par 20, s'étend le long du fond du coffret depuis le dessous de la soufflerie (à décrire) vers l'extrémité droite 14 du coffret0 Si l'on considère la coupe transversale (figure 3), cette chambre est délimitée par la partie inférieure de la-plaque latérale extérieure 19, une paroi inférieure métallique 21, une paroi latérale 22 vers l'intérieur, dont la hauteur est supérieure à l'espacement du bord inférieur 18 au-dessus de la-paroi inférieure 21, et une surface supérieure d'insufflation 23. L'espace entre le bord inférieur 18 du couvercle latéral intérieur 17 et la paroi latérale 22 vers l'intérieur de la chambre d'insufflation 20 sert d'entre pour l'écoulement d"air induit et d'air de convection. Sur la figure 3, l'air de convection est représenté par des- flèches ondulées et l'air induit-par des flèches en pointillés. Près de l'extrémité-gauche du dispositif de chauffage, la surface d'insufflation supérieure 23 a une ouverture de la spirale de soufflerie 24, telle que représentée sur la figure 5. A droite de l'ouverture 24 et s'étendant vers l'extrémité droite 14 du dispositif de chauffage, la surface supérieure d'insufflation 23 est perforée par un grand.nombre d'orifices d'air d'insufflation agencés par rangées. Entre les rangées, à des intervalles sur la longueur du -dessous de la surface supérieure d'insufflation 23, on fixe des chicanes ou. parties angulaires transversales 27.Ces éléments font projection vers le-bas sur une petite partie de la -profondeur de la chambre d'insufflation, telle que déterminée par l'expérience suffisamment pour transformer la vitesse de l'air, s'écoulant longitudinalement aux orifices 25, pour égaliser ainsi sensiblement l'écoulement à travers les orifices 25 d'écoulement d'air sur toute-la longueur de la' chambre d'insufflation 20. Cette prévision est-un moyen efficace pour distribuer l'air forcé sur toute la longueur du chemin à ailettes de circulation d'eau du dispositif de chauffage qu'on décrira. Une unité de chauffage à eau chaude en circulation, d rdsis- tance électrique, généralement désignée par 34 est montée à la surface supérieure 23, -sur des parties angulaires 32, à des in tervalles sur sa longueur. Dans une chambre de chauffage de li guide 35, tubulaire et allongée, se trouve un élément intérieur de chauffage à résistance électrique 37 et un élément extérieur de chauffage à résistance électrique 38, maintenus en position parallèle longi-tudinale par des calottes d'extrémité brasées 36. Leur montage dans les calottes d'extrémité 36les maintient côte à côte, espacés l'un de l'autre et quelque peu au-dessus du fond de la chambre de chauffage 35. Par des connexions électriques à ces extrémités de borne 39, qu'on décrira ci-après, un de ces éléments, par exemple l'élément intérieur 37 de chauffage à résistance, peut être excité, indépendamment par convection Par d'autres connecteurs électriques à ces extrémités de borne 40, l'autre élément de chauffage 38 peut être excité avec la soufflerie actionnée par de l'énergie qu'on décrira Un chemin unique de circulation d'eau, qui comprend plusieurs parties allongées de chemins à ailettes montants depuis la chambre de chauffage 35, s'élève depuis la chambre 35 et communique à travers.En se référant à la figure 3, deux tubes intérieurs d'é- lévation 41 se ramifient comme dans une forme en V vers le haut et vers les cotés intérieur et extérieur pour recevoir de l'eau provenant de la partie supérieure de la chambre de chauffage 35 à circulation d'eau Des passages de retour tubulaires semblables en dérivation 42, 43, aux extrémités gauche et droite, ramènent l'eau vers les extrémités gauche et droite de la chambre de chauffage 35. Au point médian de sa longueur, le niveau supérieur de leurs parties en pente est le niveau de support pour la communication d'écoulement avec des parties parallèles intérieure et extérieure 44, 45 du chemin de circulation par tubes à ailettes. Depuis cette partie 47 montante supérieure verticale, de niveau au point médian de la longueur de chacune des parties de chemin parallèles 43, -45 et des passages de retour tubulaire 48, 49 d'extrémité droite et gauche partent des parties 50, 51 de chemins de circulation semblables supérieur, intérieur et extérieur, des tubes à ailettes. La direction de circulation de l'eau chauffée est vers le haut depuis la partie centrale la plus chaude de la chambre de chauffage 35, à travers les tubes montants inférieurs 41 et les parties montantes supérieures 47 disposés au centre, et, de 1à, vers l'extérieur à travers les parties de chemin à ailettes 44, 45, 50, 51 vers et à travers les passages de retour 42, 43, 48, 49 vers les extrémités gauche et droite de la chambre de chauf fage 35. Le chemin de circulation ainsi ddcrit est une version plus complexe du chemin de circulation de retour aux extrémités, à partie montante centrale, décrit dans la demande de brevet américain n 558.058 déposée le 16 juin 1966 sous le titre "Dispositif de chauffage unitaire à eau chaude, ayant un chemin de circulation amélioré". Des tubes de dilatation intérieur et extérieur 52, 53 ayant chacun une valve de libération 54 montée au centre, enJambent en travers et au-dessus la partie' de- chemin de circulation' supé- rieure 51 et réunissent les passages de retour tubulaire gauche et droit 48; 49. Des ailettes 56 sont montées, par exemple par brasage, sensiblement sur toute-la longueur des.parties de chemin de circula- tion 44, 45, 50 et 51 à l'extérieur des tubes centraux d'éléva- tion 41, 47. Les ailettes sont-de préférence rectangulaires et s'étendent transversaleent par rapport aux tubes,et ont une éten- due telle qu'ils remplissent presque la largeur l'intérieur du coffret 10-.Dans ce but, le;-- bords voisins des ailettes 56 sur chaque paire de tubes parallèles 44 et 45, 5Q et 51 sont-intimement adjacents les uns aux autres, alors que le coffret -10 est quelque peu rétréciau-dessus de l'entrée 18 d'air de convection par l'addition d'une feuille épaisse de matière isolante 57 pour exiger que sensiblement tout l'air,de convection traverse les ailettes sur les tubes intérieurs supérieur et inférieur 44, 50. Les prévisions d'entrée d'air de remise en circulation et d'air extérieur sont-présentées sur la figure 4. Une cage de con duite rectangulaire 60 d'entrée d'air fait proJection vers l'ex- térieur depuis la plaque latérale extérieure 19, en vue d'une installation à travers la paroi et est équipée sur son côté extérieur de plusieurs portes adJacentes d'amortissement du genre obturateur 61 qu'on fait pivoter verticalement, qui sont maintenues parallèles, et commandées à partir de leur bord par un bras commun de manoeuvre 62 agencé horizontalement et, déplacé par une articulation 63. La cage ou boute d'entrée d'air 60 traverse une ouverture dans le coffret à l'extérieur de la paque latérale 19 pour se réunir à une enveloppe d'air inférieure 64 sur le côté extérieur (c'est-à-dire à l'entrée) de l'ouverture 30 de la soufflerie l'enveloppe 64 possède le long de son côté gauche, Juste à l'intérieur de la botte 60-, une entrée 65 d'air de remise en circulation, ouverte. et fermée par une porte 66 de même diiension que l'entrée 65 et qu'on fait pivoter verticalement.L'articula- tion 63 est reiiée à la manière d'une charnière à un bord de cette porte 66. A son bord opposé, la porte 66 est fixée comme une char nière à une articulation d'entraînement 67 commandée électriquement. Dans l'exemple de réalisation représenté, l'articulation d'entraînement 67 est déplacée par le bras d'entratnement 68 d'un moteur 70 de commande de prise d'air qui, par excitation, fait osciller le bras 68 angulairement dans la direction représentée par la flèche pour fermer la porte 66 d'entrée de remise en circula- tion et pour ouvrir les portes 61 d'entrée d'air extérieur. Par désexcitation du moteur de contrôle 70, un ressort de tension 69, fixé sous un certain angle sur l'enveloppe du moteur de contrôle 70, ouvre la porte 66 d'air de remise en circulation et si- multanément ferme les portes 65 de prise d'air extérieur. Au moteur de commande 70,on peut substituer un solénoide monté convenablement ou autre dispositif de commande équivalent. L'enveloppe d'air 64 conduit ainsi l'air extérieur ou l'air de remise en circulation à la spirale 30 de la soufflerie. Une soufflerie centrifuge typique 71, du-type à "cage-d'écureuil",y est montée, étant actionnée par un-moteur électrique 72. À la sor tie- de la spirale 30, -une partie dé conduite 73 conduit dans l'ou- verture de soufflerie 24 de la chambre d'insufflation 20. De l'eau est remplie dans l'unité de chauffage d'eau chaude 34 au-dessus du-niveau des parties supérieures 50, 51 de chemin de circulation mais en dessous des tubes de dilatation 52, 53. Une solution antigel est normalement ajoutée à liteau. L'unité est scellée afin de fonctionner sous la pression de l'air dans les tubes d'expansion 52, 53 lorsque l'eau se dilate en cours de chauffage, en permettant ainsi une augmentation de température au-dessus du point d'ébullition sous la pression atmosphérique. En plus de la valve 54 de libération de pression, on peut aussi prévoir des contrôles thermostatiques de limite pour limiter le chauffage, comme cela est classique avec des dispositifs de chauffage unitaires scellés, à résistance électrique et à eau chaude, utilisés comme dispositifs de chauffage de plancher de base. Le diagramme de câblage sur la figure 6 représente un système simple de commande électrique. le courant est introduit à travers un commutateur de chronométrage 74, du type à double pible à double déplacement, qu-'on représente sur la figure 6 dans sa position de réglage diurne-, le réglage nocturne étant représenté en- pointil- lé. Par l'intermédiaire de ces deux réglages 75, il fournit du courant par des conducteurs parallèles aux deux connecteurs parallèles de commutateur 76, 77 d'un thermostat à double pôle 78 pour une pièce. Lorsqu'ils sont fermés, les connecteurs i6, 77 transmettent le courant en parallèle à travers l'élément intérieur latéral-de chauffage 37 à résistance et l'élément latéral extérieur 38.Par l'intermédiaire du contact de réglage diurne,le courant est également fourni en parallèle au moteur 72 de la soufflerie et un quatrième conducteur parallèle comprenant le moteur 70-de contrôle de prise d'air et un-thermostat 79 de contrd- led'entrée à pôle unique-en série. -Le thermostat 78 à double pôle pour la pièce se férme lors d'une chute de température en dessous d'un réglage désiré, par exemple 240C. Le thermostat de contrôle d'entrée d'air à pôle unique s'ouvre lors d'une chute de température, par exemple en dessous de 21 C, pour désexciter le moteur de contrôle 70 et, due ce fait, pour fermer les portes 61 d'air extérieur quand la température de la pièce tombe en dessous de ce réglage de 21 C. Durant le réglage nocturne du commutateur de chronométrage 74 représenté en pointillés, le contact de réglage nocturne 80 conduit le courant en circuit à l'élément intérieur 37 de chauffage par résistance, par l'intermédiaire d'un thermostat 81 pour la nuit, qui se ferme lors dtune chute de température jusqu'd une température, par exemple de 4,50C. Ceci minimise-le prix de revient du fonctionnement nocturne du système de chauffage. L'excitation d'un seul des deux éléments de chauffage 37, 38 sans air forcé provenant de la soufflerie 72 permet l'utilisation efficace de toutes -les parties à ailettes 44, 45, 46, 50, 51 du chemin de circulation par convection.Le chauffage par un seul élément tire seulement l'air de convection à travers l'entrée d'air de convection prévue entre le bord inférieur.-18-ducouvercle latéral inférieur et la paroi latérale 22 vers l'intérieur de la chambre d'insufflation 20. La matière isolante 57 tend à dévier l'air vers le centre du coffret.La construction unique ramifiée de tubes descendants et montants fournit en-effet des chemins séparés latéraux intdrieur et extérieur de circulation d'eau depuis la chambre de chauffage commune 35, la vitesse d'écoulement dans chaque chemin est'en fonction des taux réels d'échange de chaleurs De ce fait, le fait que l'air de convection s'écoule uniformément ou non uniformément à travers tout l'intérieur du coffret, n'est pas critique ; en tout cas, l'espacement intime des ailettes 56 sur les parties intérieures et extérieures de chemin de circulation, telles que décrites, à chaque partie et aux parois latérales de coffret, tend à assurer une bonne distribution d'air. Lorsque le commutateur de chronométrage 74 sera à son réglage diurne; comme dans le circuit illustré sur la figure 6, le moteur 72 de la soufflerie sera en fonctionnement constant, dirigeant l'air forcé à travers les orifices ?5 de la chambre d'insufflation 20 et ainsi provoquant un écoulement rapide de l'air vers le haut à travers les ailettes adjacentes 56.Puisque la largeur combinée à ailette des ailettes adJacentes 56 sur les parties de chemin inférieures 45, 46, et les parties de chemin supérieures 50, 51 c8- te à c & e remplit sensiblement la largeur intérieure disponible du coffret 10 (et coincide avec la largeur de la paroi supérieure perforée 23 de- la chambre d'insufflation 20), il y a une excellente efficacité de transmission de chaleur vers l'air à écoulement rapide, suffisante pour emporter la chaleur fournie par les deux éléments de chauffage 37, 38. excités simultanément. Tant qu'il y aura un chauffage, il y aura aussi un écoulement d'air de convection-à travers la fente de convection, entre le bord inférieur 18-du couvercle intérieur latéral 17 et de la chambre d'insufflation 20. Cependant, chaque fois que la soufflerie fonctionnera (indépendsmment du fait qu'il y ait l'un ou les deux dispositifs de chauffage excités), l'écoulement à travers cette fente sera accru par augmentation. L'écoulement plus rapide de l'air par le haut, à partir de la chambre d'insufflation 20, induit l'air traversant la chambre de convection à augmenter sa vitesse. Par cette augmentation d'écoulement, l'efficacité de chauffage du dispositif est augmentée. L'effet d'augmentation aide aussi à la remise en circulation de l'air de la pièce lorsqu'il n'y a pas d'exigence en chaleur, car la porte 66 d'entrée de renise en circulation sera elle-même fermée alors que la soufflerie 71 tire l'air extérieur~a travers la porte 61 de prise d'air extérieur. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparattront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de chauffage unitaire à circulation d'eau chaude et à résistance électrique~, à utiliser alternativement comme dispositif de chauffage par convection ou avec une circulation d'air forcé, caracterisé en ce qu'il comprend une chambre allongée de chauffage de liquide, un chemin de -circulation tubulaire communiquant par la chambre de chauffage et comprenant une partie de chemin de convection à ailettes d'allongement semblable placée en élévation,plusieurs éléments de chauffage à résistance électrique placés parallèlement les uns aux autres dans la chambre de chauffage et sensiblement sur toute sa longueur, un coffret entourant le dispositif de chauffage unitaire et ayant à sa partie inférieure une entrée d'air de convection et ayant à sa partie supérieure une sortie d'ais, pour permettre l'écoulement d'air dans le coffret par l'entrée d'air de convection et, de ce fait, à travers le chemin à ailettes et la sortie d'air, ce coffret ayant,en outre, des moyens pour distribuer l'air forcé sur la long gueur de la partie à ailettes et une entrée de conduite vers les moyens de distribution d'air forcé, une soufflerie actionnée dlec- triquement associée à l'entrée de conduite avec des moyens dlec- triques établissant un circuit pour exciter un des éléments de chauffage à résistance, indépendamment de la soufflerie et, en outre, des moyens électriques d'établissement de circuit pour exciter simultanément la soufflerie et un second des éléments de chauffage à résistance, pour ajouter ainsi une circulation d'air forcé à travers les moyens de distribution et la partie de chemin de convection à ailettes et ce faisant pour augmenter l'écoulement d'air Yers la partie de chemin à ailettes à travers l'entrée d'air de convection. 2 - Dispositif de chauffage unitaire à eau chaude selon la revendication 1, caractérisé entre que l'entrée d'air de convection se trouve le long du bord intérieur d'un côté da coffret, les moyens de distribution d'air forcé étant formés par une chambre d'insufflation s'étendant longitudinalement le long du fond du coffret en position latéralement adjacente à l'entrée d'air de convection, l'entrée de conduite étant à une extrémité de la cham- bre d'insufflation, cette chambre ayant des moyens d'orifice d'é- coulement d'air à sa surface supérieure et des moyens adjacents à des moyens d'orifice pour égaliser sensiblement l'écoulement sur toute la longueur de la chambre d'insufflation 3 - Unité de chauffage selon la revendication 1, caractérisée en ce@ que la soufflerie a une enveloppe renfermant un moyen d'entrée d'air extérieur et un moyen d'entrée d'air de remise en circulation, avec des moyens pour fermer automatiquement un des moyens d'entrée d'air-lorsque l'autre est ouvert. 4 - Dispositif de chauffage selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'autre moyen électrique d'établissement de circuit comprend des moyens pour exciter la soufflerie indépendamment des éléments de chauffage à résistance et, de ce fait, l'unité peut servir à tirer de l'air frais sans cchauffage.