Brevet FR2040988A1 — publié le 19710129

La présente invention se rapporte à un typé de'unités de chauffage allongées et autonomes dans lesquelles de lleau chaude circule à partir des retours d'extrémité vers une chambre de chauf- fagne dans laquelle est enfermé un dispositif de chauffage à résistance électrique, et, en particulier,elle se rapporte à un nouveau chemin de circulation de fluide pour ce dispositif. Un objectif dans la conception de tous ces-dispositifs unitaires de chauffage électrique est d'obtenir une transmission de chaleur effícace vers l'atmosphère, à des temiératures de toute sécurité, ce quele chauffage à l'eau chaude-rend- possible, mais cependant, avec une éfficacité telle qu'on réduit le prix de revient du chauffage.Les obje-ts spécifiques de la présente invention sont de prévoir des dispositifs de chauffage d eau chauve avec un chemin- perfectionné de circulation de liquide, de manière telle que le liquide chauffé -s'écoule vers le haut depuis la partie la plus chaude de la chambre de chauffage et revienne aux parties plus froides. D-lautres objets sont d'utiliser des dispositifs de chauffage électrique allongés ayant des bornes aux deux extrémités, de prévoir l'installation amovible de ces dispositifs de chauffage et de prévoir des moyens permettant l'expansion effective,comprenant un gaz dont la pression- porte sur le liquide chauffé en expansion du liquide de transmission de chaleur, sans échappement de vapeur-d-'eau-dans le gaz. Ces objets et d'autres encore qui apparaîtront d'après cette description sont généralemént atteints en prévoyant une chambre de chauffage de liquide, horizontale et allongée, avec des fermetures d'extrémité ayant des ouvertures qui supportent de manière étanche une surface allongée faisant communiquer la chaleur. Elle peut être la surface extérieure du dis-positif de;chauffage à résistance lui-meme ou, à titre de variante, un tube cylindrique dans lequel un dispositif de chauffage à cartouche-est inséré.Un tube montant dont l'extrémité inférieure communique avec la paroi de la chambre de chauffage, au-dessus de la partie centrale de cet élément de chauffage, conduit vers le haut et vers le milieu d'un passage tubulaire d'écoulement de liquide, sensiblement horizontal, qui est pourvu d'ailettes pour transmettre de la chaleur vers l'atmosphère, en refroidissant le liquide de retransmission de chaleur lorsqu'il s'écov depuis le dispositif montant central,vers l'extérieur dans des directions opposées, aux deux extrémités du~passage d'écoulement horizontal.A ces extré mités, des passages de retour tubulaires descendants conduisent le liquide plus froid du dispositif de refroidissement dans des parties d'extrémité de la chambre de chauffage d'eau, à proximi té de ses fermetures d'extrémités, d'où il s'éçoulevers l'inté rieur lorsqu'il s'échauffe, en atteignant sa température maxima juste'avant de s'écouler en s'élevant dans le tube montant. Une chambre d'expansion se trouve sur toute l'unité d'une extrémité du passage d'écoulement de liquide à ailettes jusqu'à l'autre, de sorte que le gaz dans cette chambre d'expansion résiste à l'expansion en exerçant une pression sur le liquide de refroidissement dans les deux parties du chemin de circulation. Ceci évite la communication de la vapeur d'eau dans la chambred'ess pansiOD depuis liteau plus chaude du dispositif montant de la partie centrale. Un exemple de réalisation prdféré et un exemple de réalisation à titre de variante de la présente invention sont représentés dans les dessins 61-joints dans lesquels La figure 1 est une vue en élévation d'une unité de chauf fage autonome, selon des caractéristiques de la présente invention, avec un élément de chauffage en cartouche installé, reprd- senté en pointillés. Les connecteurs électriques, les thermostats et d'autres contrôles auxiliaires classiques sont supprimés. La figure 2 est une vue d'extrémité représentant l'unité de chauffage de la figure 1 montée dans un chasses de coffre de convection représenté en traits mixtes, et La figure 3 est une vue en perspective schématique, partiellement éclatée, d'un élément de chauffage en cartouche, tel qu'utilisé dans l'unité de la figure 1. Une formé préférée de l'unité de chauffage autonome à eau chaude selon des caractéristiques de la présente invention, telle que représentée sur la figure 1, comprend une chambre horizontale allongée de chauffage de liquide, généralement désignée par 10, de préférence formée d'un tube de cuivre 11 à grand diamètre, , . . avec des chapeaux-ou fermetures d'extrémité brasées 12 à chacune de ses extrémités. Chacune des flermetures 12 a un collet 13 qui définit une ouverture d'extrémité circulaire 14, chaque ouverture étant alignée horizontalement, en dessous du centre de la chambre de chauffage 10, mais au-adessus de lawsurface intérieure inférieure à celle-ci. Un cylindre allongé est scellé par exemple par brasage, dans les ouvertures d'extrémité 14 et supporté par celles-ci, sa surface extérieure servant de moyen pour faire cos- muniquer de la chaleur depuis l'intérieur jusqu'au liquide dans la chambre de chauffage 10.Dans l'exemple illustré sur la figure 1, ce moyen est un simple tube creux en cuivre 16 recevant des cartouches brasées à ses extrémités dans les chapeaux d'extrémité 12. Une tubulure en cuivre a été choisie parce qu'elle est en accord avec la matière des chapeaux d'extrémité 12 et par suite de ses propriétés de conduction de chaleur. Dans le tube 16 de réception de cartouche et en contact en surface avec sa surface intérieure, on insère de manière amo- vible un dispositif de chauffage à résistance en ctouche,désigné généralement par 20, décrit ci-après, dont les bornes électriques 21 saillent vers l'extérieur à partir des deux extrémités du tube 16. L'extrémité inférieure 23 du tube montant en cuivre 24 est réuni et communique avec la partie supérieure du tube en cuivre 11 à grand diamètre de la chambre de chauffage 10 à sa partie centrale ( c'est-à-dire à ml-chemin sur sa longueur ) et s'étend vers le haut. Ce tube 24 s'étend vers le haut jusqu'à une extrémité supérieure 25 qui est réunie par brasage pour communiquer par une ouverture centrale 26 de paroi inférieure d'un passage d'écoulement d'eau 27 tubulaire garni d'ailettes, sensiblement horizontal.Entre le tube montant 24 et ses extrémités droite et gauche 28, le passage d'écoulement d'eau 27 possède des ailettes espacées intimement par lesquelles la chaleur est transférée à l'atmosphère. A l'extérieur de sa longueur pourvue d'ailettes, les extrémités gauche et droite 28 du passage 27 d'écoulement d'eau sont brasées et communiquent vers le bas à travers un passage de retour tubulaire gauche 31 et un passage de retour tubulaire droit 32 dans les parties d'extrémité 33 de la chambre de chauffage de liquide 10, en position à proximité, vers l'inté- rieur, aux fermetures d'extrémité 12. Des prolongements vers le haut des passages de retour gauche et droit 31, 32 s'étendent vers le haut au-dessus des dessus des ailettes 29 et sont désignés sous le nom, respectivement, de parties montantes tubulaires 35, 36 pour l'expansion. L'extrémité supérieure de la partie montante droite 36 tubulaire, pour l'expansion, représentée sur le côté droit, se poursuit par un coude vers la gauche et puis parcourt toute la largeur de l'unité de chauffage pour fournir une partie de chambre traversante presque horizontale 37, tubulaire, légèrement en courbe, à l'extrémité supérieure de laquelle est installée une valve 38 de libération de la pression. L'extrémité gauche 39 de la partie de chambre tubulaire 37 est utilisée pour le remplissage comme décrit ci-apris, après quoi elle est sertie et brasée. En position immédiatement adjacente à son extrémité 39, l'extrémité supérieure de la partie montante gauche 35 tubulaire pour l'expansion s'ouvre dans la surface inférieure de la partie de chambre 37 et est réunie par brasage à celle-ci. L'unité est chargée ( convenablement par l'intermédiaire de l'extrémité gauche 39 avant le sertissage et le brasage )avec un liquide classique de transmission de chaleur, de préférence de l'eau dans laquelle on ajoute de l'antigel, en remplissant complètement la chambre de chauffage 10 autour du tube 16 et en étendant vers le haut jusqu'd un niveau légèrement au-dessus de la marge supérieure du passage d'écoulement d'eau 27 à ailettes. L'air audessus de ce niveau est ainsi scellé dans les parties tubulaires montantes 35, 36 pour l'expansion et la partie tubulaire 37 de chambre traversante. L'unité chargée peut être alors testée et emmagasinée pour une-installation ultérieure. La manière de réaliser le montage pour l'utilisation apparaîtra bien. En se référant à la figure 2, les cornières de montage 41 peuvent être réunies par brasage à la surface inférieure de la chambre de chauffage 10, ou bien tout autre moyen de montage simple peut etre utilisé pour maintenir l'unité de chauffage verticale dans un coffre à convection a en tôle métallique, représentée schématiquement sur la figure 2. Un avantage de la présente construction est l'utilisation de dispositifs de chauffage à cartouche remplaçable qui s'étendent directement à travers la chambre de chauffage 10. Le dispositif de chauffage à cartouche 20 de la figure 3 illustre un type olas- sique. Il peut avoir une gaine cylindrique 43 en acier inoxydable, recouvrant un revêtement isolant 44 déposé sur un noyau et solidifié tout autour, lequel noyau comprend un élément de chauffage mince et allongé, du genre tige 45, à résistance électrique, et des parties intérieures 46 du -genre tige des extrémités de bornes 21, Ces parties 46 sont soudées à l'élément de résistance 4 en étant espacées vers l'intérieur des extrémités de la gaine 43, en laissant les parties plus froides 47 d'extrémitd de gaine dans et à l'intérieur des ouvertures d'extrémité 14 du tube de réception 16 de dispositif de chauffage. A titre de variante, bien que n'étant pas illustr, un dispositif de chauffage construit de manière semblable au dispositif de chauffage à cartouche 80, mais pourvu d'une gaine de cuivre, peut être lui-même réuni par brasage dans les ouvertures d'extrémité 1 4 des collets 13 des fermetures d'extrémité 12, si bien que le liquide de transmission de chaleur dans la chambre de chauffage 10 circulera et entrera directement en contaet, avec réception de chaleur, avec la gaine de cuivre, qui sert elle-même ainsi de moyen de communication de chaleur dans la chambre de chauffage 10. Des tests opératoires montrent que les parties d'extrémité 33 de la chambre de chauffage 10 sont plus froides que sa partie centrale. Ceci semble être du en partie au fait que les fermetures d'extrémité 12 perdent de la chaleur vers l'atmosphère environnante et en partie au fait que les parties de gamine 47 d'extrémité de cartouche ne sont pas chauffées. L'emplacement central du tube montant 24 fournit à l'unité de chauffage un chemin nouveau de circulation de liquide vers le haut à travers ce tube 24 et, de ce fait, vers l'extérieur dans des directions opposées, vers les extrémités gauche et droite du passage 27 d'écoulement d'eau.Lorsque le liquide de transmission de chaleur traverse le passage d'écoulement d'eau 27, de la chaleur est absorbée par les ailettes 29 qui sont constamment refroidies par l'écoulement d'air de convection à travers le coffre a. Quand le liquide de transmission de chaleur atteint les passages tubulaires:31,32 gauche et droit de retour, sa température est abaissée; il revient vers le bas à travers ces passages de retour 31, 32 vers les parties d'extrémité 33 de la chambre de chauffage 10, de ce fait en s'émoulant vers l'intérieur autour de la surface extérieure du dispositif de chauffage à cartouche 20 pour être à nouveau chauffé et pour s'écouler vers le haut à nouveau à travers le tube montant 24. Lorsque le liquide de transmission de chaleur est chauffé, il se dilate quelque peu, entraînant l'air dans les parties montantes d'expansion 35,36 scellées et dans la partie de chambre de traversée 37, en augmentant sa pression. eci-sert à élever le point d'ébullition du liquide de transmission de chaleur, en augmentant sa capacité de chauffage. D'ordinaire,un contrôle thermostatique limitant la chaleur ( non représenté ) sera utilisé pour couper le passage de courant à travers les bornes 21 juste un peu avant cette température d'ébullition élevée. Néanmoins, il peut y avoir une certaine formation de bulles de vapeur d'eau au point le plus chaud de la chambre de chauffage 10, et ces bulles s'écouleront vers le haut dans le tube montant 24.Si ces bulles de vapeur d'eau éclatent à la surface du liquide dans un tube d'expansion, puis se condensent et reviennent en s'écoulant, ceci tendra à produire du bruit. Cependant, ce résultat est évité puisque les parties montantes d'expansion 35, 36 communiquent avec le che- min d'écoulement de circulation,- seulement aux passages. de retour 31, 32 à l'endroit où l'eau de circulation est la plus froide. Un autre avantage de ces liaisons est que la partie de chambre de traversée 37 exerce une pression équilibrée sur l'eau plus froide dans les parties de circuit gauche et droite du chemin de circulation. En outre, cette chambre de traversée 37.se recourbe rigidement vers toute l'unité. On comprendra que le dispositif illustré doit être utilise avec un circuit électrique -classique. et des contrôles de pression et de thermostat convenables. La longueur de la présente unité de dispositif de chauffé fage d'eau peut être modifiée pour s'adapter anx besoins, selon la longueur des dispositifs de chauffage à résistance disponibless normalement, la longueur sera relativement plus grande que celle illustrée. Indépendamment de la longueur, le dispositif montant central unique et le double chemin de circuit d'écoulement ont une efficacité supplémentaire vis vis du fonctionnement ainsi que de la simplicité de construction et de mise en service des dispositifs de chauffage d'eau autonomes à résistance électrique. La présente invention n'esst pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits ,eestau contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de chauffage unitaire ayant un chemin de circulation amélioré pour un liquide, comprenant une chambre de chauffage tubulaire et horizontale, des moyens allongés à surface de communication de chaleur dans la chambre de chauffage, un tube de passage d'écoulement d'eau à un niveau supérieur et renfermant des moyens sur les deux côtés de son point médian pour transmettre de la chaleur à l'atmosphère, le tube de passage d'écoulement d'eau ayant des -partiesÎ'extrémité dirigées vers le haut à proximité des parties d'extrémité de la chambre de chauffage, des tubes d1é- coulement en retour communiquant depuis les parties d'extrémité du tube de passage d'écoulement d'eau vers celles de la chambre de chauffage, un remplissage de liquide dans la chambre et les tubes, et des moyens pour permettre l'expansion du liquide, caractérisé en ee que ce dispositif comprend des moyens de tube montant communiquant entre le tube de chambre de chauffage et le tube de passage d'écoulement d'eau sensiblement à mi-chemin entre leurs parties d'extrémité , et des moyens pour placer les moyens allongés à surface de communication de chaleur, par rapport aux parties d'extrémité de la chambre de chauffage, pour que le liquide de transmission de chaleur soit chauffé plus près des moyens de tube montant que des parties d'extrémité de la chambre de chauffage, et, de ce fait, par le chauffage du aux moyens à surface de communication de chaleur, le liquide circule dans un chemin vers l'intérieur à partir des extrémités de la chambre de chauffage, puis vers le haut à travers les moyens de tube montant et, ensuite,vers l'extérieur dans des directions opposées à travers les parties du tube de passage d'écoulement d'eau, vers et à travers les tubes d'écoulement en retour, vers les parties d'extrémité de la chambre de chauffage. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen allongé à surface de communication de chaleur est la gaine métallique extérieur d'un dispositif de chauffage à résistance électrique ayant une partie d'extrémité non chauffée,etenoeque le moyen pour placer ce dispositif de chauffage comprend une fermeture d'extrémité de la chambre de chauffage dans laquelle la partie d'extrémité non chauffée est supportée de manière étanche. 3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen allongé à surface de transmission de chaleur est un tube cylindrique de réception du dispositif de chauffage, formé d'un métal conducteur de la chaleur et ayant une extrémité ouverte, avec un élément de chauffage allongé et cylindrique, tel qu'une cartouche à résistance électrique, monté d'une manière amovible pour conduire la chaleur, et en ce que le moyen pour placer le moyen à surface de transmission de chaleur est une fermeture d'ex. trémité de la chambre de chauffage, dans laquelle le tube recevan l'élément de chauffage est supporté de manière étanche. 4 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ci que le moyen pour permettre l'expansion du liquide comprend des éléments montants tubulaires, s'étendant vers le haut depuis les deux parties d'extrémité du tube de passage d'écoulement d'eau, et une partie de chambre de traversée tubulaire scellée réunissant les éléments montants pour L'expansion et renfermant un gaz, et, d ce fait, lors de l'expansion du liquide provoquée par le chauffage une pression est exercée par le gaz pour équilibrer le liquide en circulation lorsqu'il atteint les deux tubes d'écoulement de retour et après la communication de chaleur vers l'atmosphEre.