Brevet FR2045747A1 — publié le 19710305

L'invention est relative à un radiateur destine au chauffage de locaux habités. Les radiateurs de chauffage central connus présentent les défauts indiqués ci-après. Les radiateurs dont le circuit de fluide chauffant est constitué par des t8les embouties possèdent de nombreùses -soudures d'assemblage soumises à la corrosion et à la pression du fluide de chauffage. Les radiateurs constitués par un serpentin,plan sur lequel des ailettes en tale pliée sont fixées par des colliers résistent bien à la corrosion et à la prelsion du fluide mais l'assemblage par colliers est long et compliqué ; d'autre part le contact entre tube et collier ainsi que celui entre collier et ailettes doivent être très soignés pour obtenir un bon passage de la chaleur entre le serpentin et les ailettes. Certains radiateurs sont constitués par un faisceau de tubes parallèles à section applatie réunis par des collecteurs. Sur les tubes applatis sont soudées des tales ondulées. - Ces derniers radiateurs présentent l'inconvénient de comporter de nombreuses soudures à l'arc, longues à exécuter et soumises à la corrosion et à la pression du fluide de chauffage. les collecteurs sont visibles et peu 4sthétiques. - D'une façon générale-tous les types de radiateurs mentionnés ci-dessus ont l'inconvénient d'avoir des raccordements au circuit de distribution du fluide de chauffage visibles et peu esthétiques, en outre le réglage de la puissance calo- rifique de chaque radiateur d'une installation est difficile et le réglage d'un radiateur réagit sur la puissance des autres. - L'invention a pour objet un radiateur de chauffage central à eau chaude vapeur d'eau ou tout autre fluide palliant aux inconvénients énumérés ci-dessus. - Un radiateur suivant l'invention se compose d'un serpentin en tube d'acier assurant la circulation de fluide, sur lequel sont soudées électriquement par résistance sur une face du serpentin ou sur les deux faces, des tôles ondulées continues ou des ailettes en tale pliée destinées à augmenter la surface d'échange avec l'air ambiant. - La caractéristique nouvelle et essentielle de l'invention résidant dans l'assemblage du serpentin et des tues ondulées ou ailettes par soudure électrique dite par résistance. - Un radiateur de chauffage central suivant l'invention présente les avantages suivants. - Le serpentin de circulation du fluide résiste très bien à la pression et à la corrosion du fluide de chauffage. - L'assemblage des tôles ondulées ou des ailettes en tale pliée et du ser pentin par soudure électrique est très rapide. les tables pliées ou ondulées si elles sont situées de part et d'autre du serpentin peuvent être soudées simultanément. - Le passage de la chaleur entre le serpentin en tube et les tôles ondulées ou ailettes est excellent, le contact étant réalisé au moment de la soudure par fusion locale du métal. - Les radiateurs suivant l'invention sont facilement jumelables avec des angles de 900, 1800 out tout autre angle. - Etant donné que les deux faces des tales ondulées ou des ailettes en tôle pliée sont en contact avec l'air, le poids du radiateur par mètre carré de surface d'échange est très faible. Un radiateur suivant l'invention pèse en général moins de 4,5 kilogrannes par mètre carré de surface de contact avec l'air. - L'encombrement du mur pour une surface d'échange donne est faible. Un radiateur suivant l'invention d'une épaisseur de 56 millimètres couvrant une surface de mur de un mètre carré peut avoir une surface d'rechange avec l'air d'environ neuf mètres carrés dans le cas ou il y a une tôle ondulée de past et d'autre du serpentin. Le demandeur s'est aperçu que dans un radiateur suivant l'invention il y avait intérêt pour réduire le prix de revient, faciliter la soudure électrique et diminuer la capacité en eau à utiliser pour la confection du serpentin un tube d'un diamètre aussi petit que possible Un autre objet de l'invention est dont le dimansionnement et l'utilisation du radiateur suivant l'invention pour une température d'alimentation en eau @urchauf- fée de 120 C à 1400C et une température de retour d'eau très nettement plus basse soit 600C à 800C.L'écart de température d'eau entre l'entrée et là sortie est alors 3 à 6 fois plus fort que dans un chauffage central conventionnel, le débit d'eau est donc 3 à 6 fois plus faible. A perte de charge égale on peut donc utiliser des tubes d'un diamètre intérieur 1,8 à 2,8 fois plus petit que pour les écarts de température d'eau habituels qui sont de 10 à 20 C. Dans les installations de chauffage central actuelles on rencontre un inconvénient bien connu des utilisateurs qui est la difficulté de régler la puissance calorifique des radiateurs ; il faut en effet se rapprocher assez près de la ferme- ture totale du robinet de réglage pour obtenir une diminution sensible de la puis- sance calorifique. Ce défaut est très diminue par l'utilisation de forts écarts de tempéra- tures d'eau. Alors que dans un radiateur actuel fonctionnant avec une température d'eau à l'arrivée de 900C et une température de retour de 800C une diminution du débit de 53 pour 100 donnera une diminution de puissance de 7 pour 100 t dans un radiateur suivant l'invention utilisé avec de l'eau à 1200C à l'arrivée et 6000, an retour cette même réduction de puissance sera obtenue avec une réduction de débit de 20 pour 100. L'utilisation de forts écarts de températures d'eau augmente donc considérablement la sensibilité du réglage de la puissance. Les installations de chauffage central actuelles présentent un autre inconvénient important bien connu des installateurs et des utilisateurs ; c'est la difficuité d'équilibrer les débits d'eau et par suite d'obtenir les puissances calorifiques désirées dans les différents radiateurs d'une installation. C'est inconvénient est du au fait que la perte de charge dans les canalisations de distribution atteint 40 à 90 pour cent de la différence de pressions fournie par la pompe de circulation ou du thermosiphon ; la modification du débit d'eau d'un radiateur entraine donc des variations de pression sur les autres radiateurs dont le débit d'eau varie ainsi que la puissance. L'utilisation des températures indiquées dans ce qui précède permet d'utiliser des débits d'eau 3 à 6 fois plus faibles que dans les installationsactuelles, donc des pompes de circulation fournissant des différences de pressions 3 à 6 fois plus importantes que dans les installations actuelles, sans modifier la puissance absorbée par la pompe. Il devient alors possible de monter sur les radiateurs suivant l'invention des robinets de réglage donnant à l'ensemble radiateur-robinet une perte de charge qui sera constante pour tous les radiateurs d'une même série et représentera 90 à 95 pour cent de la pression différentielle fournie par la pompe de circulation. Un exem- ple numérique fera mieux comprendre ce qui précède. Soit une installation actuelle dans laquelle la pompe fournit un débit de 6 mètres cubes à l'heure avec une différence de pressions de 100 millimètres, la perte de charge maximum dans les canalisations étant de 80 millimètres, l'eau entrant dans les radiateurs à 90 C et en sortant à 800C. En utilisant pour résoudre le meme problème des radiateurs suivant l'invention avec une température de l'eau entrante de 1200C et une température de sortie d'eau de 600C, le débit de la pompe ne sera plus que de I mètre cube à l'heure. On peut donc utiliser une pompe donnant une différence de pressions de 600 millimètres sans augmenter sensiblement la puissanceabsorbée. Supposons que le diamètre des différentes canalisations soit divisé par 1,5. La perte de charge aximim dans les canalisations sera d'environ 25 millimètres d'eau. Les radiateurs pourront être équipés de robinets de réglage donnant à l'ensemble des radiateurs de cette installation une perte de charge totale identioue de 575 millimètres d'eau. La perte de charge des radiateurs dans l'installation classique est de 20 pour cent de la différence de pressions de la pompe. Dans l'installation suivant l'invention les radiateurs ont une perte de charge qui est de 95,8 pour cent de la différence de pression de la pompe, les pressions d'alimentation des différents radiateurs ne varient donc pas de plus de 4 pour cent environ. Les puissances calorifiques repérées sur le cadran du robinet de réglage dans la mesure ou l'appareil aura été bien etalonné en usine seront respectées à 2 pour cent près. Un autre objet de l'invention est donc de fournir des radiateurs donnant sensiblement les puissances calorifiques indiquées sur les cadrans de réglage et ceci indépendamment de la position des radiateurs dans l'installation, ce résultat étant obtenu en créant des séries de radiateurs de différentes puissances dont les cçdrans de réglage sont etalonnés pour une différence de pression constante pour tous les radiateurs d'une même série. Cette différence de pressions constante pourra être prise entre 400 et 800 millimètres.Pour utiliser les dits radiateurs l'instal- lateur devra utiliser une pompe dont la différence de pressions soit de 3 à 6 pour cent supérieure à la pression de marche de la série de radiateurs utilisée Il faut noter que dans une installation comprenant des radiateurs suivant l'invention fonctionnant dans les conditions de température et de pression indiques par le demandeur la capacité en eau est très faible tant pour les radiateurs que pour les canalisations.On peut dans une telle installation compenser les variations de volume de l'eau et maintenir une pression évitant la vaporisation de l'eau en utilisant des ballons d'expansion avec membrane en élastomère gonflées au départ à l'azote à la pression maximum de l'eau au point d'installation ctest-b-dire à lten- trée d'eau de la chaudière. Les ballons d'eppansion pour une marche à 120 C, 60 C ont un volume variant de 1,2 à 1,6 litres pour 10.000 kilog calories à l'heure. Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention vont ressortir clairement de la description détaillée ci-après de réalisations préférées de la dite invention en examinant en même temps les dessins ci-joints où la figure 1 est une vue en perspective d'un radiateur comportant une tole ondulée sur chaque face du serpentin. La figure 2 est une coupe représentant un mode de fixation possible du radiateur représenté sur la figure 1. La figure 3 représente l'assemblage simultané par soudure électrique de deux tôles ondulées sur le serpentin de circulation du fluide. La figure 5 est une coupe du radiateur de la figure I passant par le plan de symétrie de l'électrode de soudage. La figure 4 est une coupe par un plan horizontal montrant en marante un radiateur comportant des ailettes en t6le pliée. La figure 6 est une perspective montrant le montage bout à bout de plusieurs radiateurs à 900 et 1800. En se référant à la figure 1, un radiateur suivant l'invention comporte un serpentin en tube d'acier 3 sur lequel sont soudées de part et autre par résistance électrique deux tôles ondulées en acier 1 et 2. Le fluide de chauffage entre en 16 et sort en 15. Le robinet 12 permet le réglage de la puissance calorifique en agissant sur débit de fluide chauffant, ce robinet peut etre soudé en bout par résistance électrique sur le serpentin ou bien être fixé sur celui-ci par brides ou raocords vissés. La tige de commande 13 du robinet de réglage passe au travers d'une ouverture 14 pratiquée dans la tale ondulée 2. Les tôles pliées 4 sont fixées aux extrémités latérales du radiateur par des vis 5 ou par points de soudure électrique. La figure 2 représente un mode de fixation simple d'un radiateur suivant l'invention. Les supports fixés au mur passent à travers des trous pratiqués dans la tôle ondulée 1. Le radiateur repose sur les supports par l'intermédiaire du serpen- tin en tube d'acier. B'assemblage des tòles,ondulées et du serpentin se fait comme représenté sur les figures 3 et 5. Un courant électrique à basse tension et haute intensité est délivré par le secondaire 8 d'un transformateur, il circule entre les électrodes 6 et 7 en métal bon conducteur de l'électricité et soumises à un effort de serrage, en passant par la tôle 1 le tube 3 et la tôle,2. Le long des génératrices de contact du serpentin 3 et des tales ondulées 1 et 2 un dégagement de chaleur intense et localisé se produit provoquant la fusion du métal qui sous l'effet de la pression des élec troues provoque la soudure des éléments 1, 2 et 3.Le demandeur a obtenu une section soudée de 28 millimètres carrés pour chacune des deux soudures dans l'assemblage de deux tales ondulées de 0,8 millimètres d'épaisseur sur un tube d'acier d'un diamètre intérieur de 9 millimètres ayant une épaisseur de paroi de 2 millimètres en utilisant deux électrodes ayant un diamètre de pointe de 7 millimètres soumises à un effort de 30 kilogrammes et parcourues pendant 0,46 secondes par un courant de 12.000 ampères. L'exécution de tels assemblages sur soudeuse automatique ne présente pas de difficulté, il faut simplement prévoir des serre-flans séparant les fonctions d'accostage des tales sur le tube et de soudure des tôles sur le tube. Si cette précaution n'est pas prise des résultats irréguliers sont obtenus, étant donné les très faibles pressions utilisées. Suivant une variante de l'invention représentée sur la figure 4, les tales ondulées continues ont été remplacées par des ailettes en t81e pliée 19. L'extrémité droite du radiateur est fermé par une tale pliée 20 cachant les raccordements latéraux au fluide de chauffage et le robinet de réglage 12 La tige 13 du robinet de réglage 12 passe au travers d'un trou 18 pratiqué dans 20. La figure 6 montre clairement le jumelage de plusieurs radiateurs suivant l'invention. Le jumelage à plat se fait à l'aide des tales plates 11. le jumelage à 900 à l'aide des tôles 9 et 10. il est évidemment possible d'effectuer des jumelages suivant des angles différents. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation représentés et décrits qui n'ont été cités qu'à titre d'exemple. Différentes modifications peuvent y être apportées sans sortir de son esprit m de sa portée, en particulier les modifications suivantes prises ensemble, séparément ou combinées d'une façon quelconque. Utiliser d'autres métaux s acier inoxydable, aluminium, acier alusinié ; qui se soudent parfaitement selon le procédé décrit. Modifier la forme des tôles ondulées 1 et 2, des tôles pliées 15, des tôles d'extrémite 4. Ne souder des tôles ondulées ou pliées que sur une seule face du serpentin. Remplacer l'eau par un liquide ayant une température d'évaporation supérieure à celle de l'eau. RiNnBNDICUIONS. 1 - Radiateur de chauffage central caractérisé Par le fait qu'il est constitué par un serpentin en tube d'acier sur lequel sont soudées électriquement par résistance de part et d'autre ou d'un seul côté des tales ondulées ou des ailettes destinées à augmenter la surface d'échange thermique avec l'air. 2 - Procédé d'assemblage par soudure électrique par résistance des éléments constitutifs d'un radiateur selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'il permet la soudure simultanée des éléments en t8le ondulée ou des ailettes situés de part et d'autre du serpentin. 3 - Radiateur selon la revendication t caractérisé par le fait que le serpentin en tube est utilisé pour la fixation du radiateur. 4 - Radiateur selon les revendications 1 et 3 caractérisé par le fait que le robinet de réglage et les raccordements latéraux au réseau de distribution d'eau ne sont pas visibles. 5 - Radiateur selon les revendications 1, 3 et 4 caractérisé Par le fait qu'il peut être réuni à à d'autres radiateurs à plat ou avec un angle quelconque. 6 - Radiateur selon les revendications 1, 3, 4 et 5 caractérisé par une faible capacité en eau permettant la marche avec de l'eau entrant à 1200C et sortant à 600C en compensant les variations de volume et de pression d'eau avec des ballots d'expansion de moins de 1,6 litre pour 10.000 K. calories à l'heure. 7 - Radiateur selon les revendications 1, 3, 4, 5 et 6 caractérisé par le fait que le réglage de la puissance calorifique est sensible ce résultat étant obtenu en dimensionnant le radiateur pour un écart de températures entre l'entrée et la sortie d'eau important, de l'ordre de 50 à 800C. 8 - Radiateur selon les revendications 1, 3, 4, 5, 6 et 7 caractérisé par le fait que la puissance calorifique obtenue pour un réglage donné du robinet ne dépend pratiquement pas de la position du dit radiateur dans le réseau de distribution d'eau ni du réglage des autres radiateurs ceci étant obtenu en créant des séries de radiateurs dans lesquelles les sections de passage des robinets de réglage sont établies pour un écart de pressions constant entre l'entrée et la sortie des radiateurs d'une même série, cette différence de pression constant pouvant être choisie entre 400 et 800 millimètres d'eau. a ~ Pkadiateur cornu selon les revendications 6, 7 et ô ; d'une construction classique mais dimensiorné du point de vae circuit d'eau et robinet pour avoir la sersibilité, la fidélité des ré5-lages et une faible capacité en eau.