Brevet FR2023957A1 — publié le 19700821

L'invention se rapporte à un accumulateur de chaleur chauffé à l'électricité, qui cède sa chaleur directement ou indirectement à l'air ambiant, avec une ou plusieurs enceintes pour recevoir l'agent d'accumulation ainsi que des éléments chauffants électriques entourés de tubes de protection, et des surfaces de chauffe dans ou sur le noyau de l'accuml -eur; Dans les formes de réalisat; t connues, on utilise des matières céramiques, des métaux, de l'eau ou des sels comme agents d'accumulation. En ce qui concerne l'aptitude à accumuler de la chaleur, les sels sont supérieurs à tous les autres agents d'accumulation. Plusieurs des corps cités endernier lieu changent, pendant l'exploitation, leur état d'aggrégation et passent par des phases solide et liquide.Comme la conduction de chaleur est nettement moins favorable lorsque l'agent accumulateur est à l'état solide, il faut, à propos de-la disposition des éléments chauffants électriques, veiller à ce que la chaleur puisse s couler autant que possible rapidement et uniformément par toute la section et par la surface de l'enceinte, vers l'agent qui traverse l'accumulateur. La forme géométrique des enceintes ne peut cependant pas toujours correspondre à la forme idéale en ce qui concerne la répartition de la chaleur, car on doit choisir la configuration extérieure d'après la manière dont se pose le problème sous l'angle de la technique des installations plutôt que sous l'angle de la théorie de la transmission de la chaleur. On pourrait trouver une solution de compromis dans les installations en acier connues, en adaptant par soudure au tube protecteur du corps chauffant électrique un certain nombre de nervures ou ailettes conductrices de la chaleur, ou en répartissant uniformément plusieurs éléments sur toute la section transversale de l'enceinte.La solution évoquée en dernier lieu exigerait une dépense inévitable en éléments chauffants et en raccords. L'agents cement de nervures conductrices de la chaleur sur les tubes de protection entraînerait l'inconvénient que, compte tenu d'une fabrication économique, on ne pourrait en pratique apporter qu' une solution de réalisation grossière si on la considère du point de vue des connaissances théoriques en matière de technique de la chaleur; par exemple, on ne pourrait avoir une liaison as surément homogène entre les nervures conductrices de la chaleur et les tubes de protection, ni une forme de nervure adaptée fa vorablemçnt au flux de chaleur.En outre, en employant des éléments chauffants en liaison fixe avec de tels tubes de protection, les enceintes devraient présenter des ouvertures d'introduction particulières, car il faut assurer la possibilité de changer les éléments. Iv;ais aussi l'introduction de tels tubes de protection assemblés de manière amovible aux éléments chauffants ne serait pas avantageuse pour la fabrication, car les tubes protecteurs devraient être immobilisés en position lorsqu' on change les éléments chauffants. On pourrait trouver une autre solution de compromis en prévoyant des nervures à la face intérieure des enceintes d'acier connues.Une réalisation de ce genre exigerait cependant, pour un transfert optimal de la chaleur, une liaison avec autant que possible adaptation des formes entré les nervures et les tubes de protection, ce qui serait extrêmement difficile et coûteux du point de vue de la fabrication. Parmi les agents accumulateurs à considérer pour la présente invention, les sels qu'il convient d'employer de préférence à cause de leur aptitude, nettement meilleure, à emmagasiner de la chaleur, ont la propriété d'être le siège d'un accroissement de volume aussi bien pendant l'échauffement que dans la phase de solidification, si bien que, particulièrement dans le cas de récipients fermés, il peut apparaître des charges notables des parois, d'autant plus qu'y contribue encore l'accroissement de volume de l'air enfermé. Les récipients fermés se recommandent entre autres partout où l'on envisage une fabrication en série des différents éléments de l'accumulateur; c'està-dire qu'avec des récipients ouverts, il faudrait procéder beaucoup plus soigneusement, sans quoi une partie du contenu pourrait se perdre.Abstraction faite de cela, les agents accumulateurs peuvent être des produits chimiques corrosifs. C'est ainsi par exemple que l'hydroxyde de sodium (naos, soude caustique) très fortement hygroecopique, possède des propriétés corrosives déjà pour une teneur en eau de seulement 0,5 environ. D'autre part, il faut que les récipients soient hermétiquement fermés afin d'éviter que ne s'en échappent les vapeurs naissant inévitablement dans la phase de fusion des sels. Pour assurer la résistance à la compression des éléments accumulateurs, les récipients en acier connus peuvent être munis de tôles raidisseuses fixées par soudage, et - pour une meilleure distribution de la chaleur - être faixs de forme-cylindrique. Un inconvénient de ce genre de construction consiste en ce que l'adaptation de tôles raidisseuses entraîne des frais de fabrication relativement élevés. Un autre inconvénient peut venir de l'apparition de fatigues notables, thermiques et dues au soudage.L'emploi de récipients cylindriques est dêsavantacuse, pour une construction prenant peu de pla4ce, en particulier pour des appareils à accumulateurs individuels, que l'on n'utilisa pratiquement que dans les locaux habités. L'invention a pour-but d'éliminer les défauts des formes de réalisation connues à ce jour, et de procurer un accumulateur de chaleur chauffé à l'électricité, du genre précit qui assure un fonctionnement sûr en dépit de la simplicité de s réalisation. On atteint avantageusement ce but en faisant essentiellement les récipients d'un matériau coulé, de préférence de fonte. Suivant l'invention, il s'est avéré judicieux de faire les récipients d'une seule pièce avec les tubes de protection qui, de préférence, sont liés aux parois du récipient par l'intermédiaire de nervures ou ailettes conductrices de la chaleur servant en même temps d'éléments raidisseurs. On-obtient ainsi un corps, par exemple de fonte, optimal du point de vue dc la répartition de la chaleur en tenant compte des connaissances théoriques, et extraordinairement résistant aux sollicitations de la pression, et qui d'ailleurs, en raison de la nature de la surface acquise par la coulée, créée obligatoirement lors de sa fabrication, se montre très actif contre la corrosion. La surf a ce extérieure des récipients, touchée par l'agent qui traverse l'accumulateur, peut être munie en plus de nervures conductrice. de la chaleur. irais la chaleur de l'accumulateur peut aussi êtr cédée à l'agent par l'intermédiaire de tubes à surface de chauf fe faisant corps avec les récipients et les-traversant. Ces tubes peuvent alors être en liaison avec les nervures conductri ces de la chaleur prévues entre les tubes de protection et la paroi du récipient, et peuvent au surplus être munis de nervure conductrices de la chaleur, à leur surface intérieure.Dans la décharge dynamique des éléments accumulateurs, il faut tendre à maintenir, pendant toute la durée de la décharge, une chute d température constante entre le centre des récipients et leurs surfaces, et cette chute de température doit être le plus possi ble uniformément distribuée sur ces surfaces, dans la région de quelles commence la phase de solidification des sels, et où, ainsi, au flux de chaleur naturel, s'oppose une résistance qui augmente nécessairement lorsque l'agent continue à se refroidir. Les ponts de chaleur sous forme des nervures conductrices de la chaleur suivant l'invention, établies entre les tubes de protection et la paroi des récipients, s'opposent de façon très avantageuse à cette résistance, et une répartition de chaleur dynamique et uniforme est assurée sur toute la surface des récipients. Suivant une autre proposition, il s'est avéré avantageux de munir les récipients de tubulures venues de coulée pour le remplissage de l'agent accumulateur et pour l'air qui s'écoule vers l'extérieur pendant le processus de remplissage. Les éléments accumulateurs peuvent être fabriqués économiquement avec les formes géométriques les plus variées et on peut les introduire parfaitement dans toute construction d'ensemble. Ceci est important particulièrement lorsqu'on doit fabriquer par exemple des accumulateurs individuels parcourus par l'air ambiant. De tels appareils sont faits en général de plusieurs éléments constructifs dépendant fonctionnellement l'un de l'autre et imposent des exigences particulières à une construction économisant de la place. Aux dessins, on a représenté un exemple de forme de réalisation de l'objet de l'invention. La figure 1 est une coupe d'un récipient de fonte suivant la ligne A-s de la figure 2, et la figure 2 est une coupe longitudinale suivant la ligne B-B de la figure 1. Le récipient v est fait d'une pièce avec un tube protecteur 4 pour recevoir un élément chauffant électrique 5; des nervures 6 conductrices de la chaleur et qui servent en même temps d'éléments raidisseurs, établissent une liaison entre le tube de protection 4 et la paroi du récipient. La surface extérieure du récipient j est munie de nervures 7 conductrices de la chaleur. Le corps ainsi constitué est fait de préférence de fonte et présente, pour le remplir par exemple d'un sel 8 constituant l'agent accumulateur, et pour la sortie de l'air qui s'échappe pendant le processus de remplissage, des tubulures venues de coulée 9, 10 que l'on peut ensuite refouler. Le tube protecteur 4 est fermé à ses extrémités par des chapeaux 11, 12. Pour laisser passer l'air, le chapeau 12 est muni d'une ouverture 13. Des éléments accumulateurs de la forme de réalisation décrite peuvent être employées aussi bien pour des appareils individuels dits accumulateurs fonctionnant au courant denuit, que pour les accumulateurs dits électro-blocs qui se distinguent des appareils individuels par le fait que la chaleur, comme dans les installations de chauffage central classiques, est engendrée en un point central et non au lieu d'emploi. Un appareil central équipé d'éléments suivant l'invention, pourrait être réalisé de telle sorte que la chaleur à accumuler soit cédée par vaporisation d'un liquide (ayant lieu par exemple à la surface extérieure du récipient) avec condensation subséquente dans un échangeur de chaleur, à un réseau de chauffage central à l'eau chaude. Comme on l'a déjà dit, la forme de réalisation repré- sentée et décrite ne constitue qu'un exemple de mise en oeuvre de l'invention et celle-ci n'est pas limitée à cela; bien plutôt, d'autres possibilités existent encore dans le cadre de la pensée de l'invention, par exemple en ce qui concerne la disposition et la conformation du tube de protection ainsi que des nervures conductrices de la chaleur. En outre, la chaleur à accumuler, au lieu d'être cédée par l'intermédiaire de la surface extérieure des récipients pourrait l'être aussi par l'intermédiaire de tubes à surfaces de chauffe construits d'une pièce avec les récipients et les traversant, à l r agent qui traverse l'accumulateur en passant dans ceux-ci. REVENDICAjICNs 1 - Accumulateur de chaleur chauffé à l'électricité, qui cède sa chaleur directement ou indirectement à l'air ambiant, avec une ou plusieurs enceintes recevant l'agent d'accumulation ainsi que- des' éléments chauffants électriques entourés de tubes protecteurs, et avec des surfaces de chauffe prévues dans ou sur le noyau de l'accumulateur, caractérisé en ce que les récipients sont faits en matière coulée, de préférence en fonte. 2 2 - Accumulateur de chaleur chauffé à l'élec- tricité, caractérisé en ce que les récipients sont faits d'une pièce avec les tubes protecteurs-. 3 - Accumulateur de chaleur chauffé à l'élec- tricité, suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les tubes protecteurs sont en liaison avec la paroi du récipient par des nervures conductrices de la chaleur jouant en même temps le rôle de nervures raidisseuses. 4 - Accumulateur de chaleur chauffé à l'élec- tricité suivant la revendication;1, caractérisé en ce que la surface extérieure des récipients est munie de nervures ou ailettes conductrices de la chaleur. 5.- Accumulateur de chaleur chauffé à l'élec- tricité suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les récipients comportent des tubulureslvenues de coulée pour le remplis sage par l'agentnaccumulateur et-pour le passage de l'air qui s'échappe pendant le processus de remplissage. Accumulateur de chaleur chauffé à l'électricité suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les récipients sont traversés de tubes à surfaces de chauffe et font corps avec ceux-ci. 7 - Accumulateur de chaleur chauffé à l'électricité suivant les revendications 5 à 6, caractérisé en ce que les tubes à surface de chauffe sont en liaison avec les nervures conductrices de la chaleur prévues entre les tubes protecteurs et la paroi du récipient. 8 - Accumulateur de chaleur chauffé à l'électricité suivant la revendication- - 74 caractérisé en ce que la surface de chauffe intérieure des tubes à surface de chauffe présente des nervures conductrices de la chaleur connués en soi.