Brevet FR2097078A1 — publié le 19720303

La présente invention couvre un dispositif de protection contre le verglas sur les routes, rues, ponts, escaliers, trottoirs et surfacez analogues. Le verglas sur les surfaces sur lesquelles on passe telles que rues, routes, escaliers, ponts, balcons et également sur les toits, se produit soit lorsque la température de -la surface supérieure déjà mouillée baisse, en particulier par rayonnement dans les heures vespérales ou, à la suite d'une dépression barométrique sur une surface soumise à des conditions de surfusion. En ce qui concerne la fréquence statistique des accidents sur routes, les acciaants dts au verglas sont dAs pour 70% des cas à un refroidissement correspondant à des conditions de surfusion à la surface de la chaussée ou autre surface, à la suite du rayonnement se produisant après le coucher du soleil.L'expérience montre que la température de la surface au cours des journées ensoleillées est égale à 10 à 20%, tandis que, pendant les jours où le ciel est couvert, cette température n'est plus que de 7 . Donc, si meme dans la soirée la température tombe au-dessous du point de congélation, c'est-àdire, du point permettant la production de gace, la température mazimadiurne est souvent importante et la température moyenne diurne se trouve dans tous les cas encore au-dessus du point de congélation. Le soleil d'hiver fournit encore une énergie allant d'environ 300 à 500 watts par m2 et par heure. L'invention a pour objet l'utilisation de l'énergie produite par le rayonnement diurne pour maintenir les chaussées à l'abri du verglas. On a déjà établi des chaussées où la formation du verglas peut être empêchée par un chauffage électrique. Ceci est associé à des dépenses d'énergie extrêmement élevées et à un investissement de capital important. On a, de plus, proposé d'emmagasiner pendant la saison chaude dans le sol, au-dessous du revêtement de la chaussée, de la chaleur que l'on transmet pendant la saison froide par un système approprié de transfert à ce revêtement de chaussée. L'inconvénient de ce dispositif réside en ce que cette quantité de chaleur emmagasinée dans le sol est épuisée au cours dtun petit nombre de journées de gel, de telle sorte que l'on ne peut que repousser ainsi le début de la période de verglas. L'invention écarte ces inconvénients en ce sens qu'elle emmagasine en premier lieu l'énergie solaire rayonnée au cours de la journée en faisant fondre des sels pour que ceux-ci puissent, aussitôt que la température du revêtement de la chaussée se trouve dans la région du zéro, abandonner cette chaleur à nouveau sous forme de chaleur de cristallisation. On utilise avantageusement, comme masse accumulatrice de chaleur, conformément à l'invention, des hydrates de sels à réticulation ionique dont la température de cristallisation se trouve à peu de degrés au-dessus du point de congés lation de l'eau. La température de cristallisation ne doit pas autant que possible dépasser le point de congélation de plus que la valeur de la différence de température entre l'accumulateur de chaleur et le revêtement de la chaussée. Comme température optima de cristallisation, on a constaté qu'il fallait une température d'environ + 6 pour un revêtement de chaussée bon conducteur de la chaleur. Pour une telle température, il convient, conformément à l'invention, d'utiliser comme masse accumulatrice de chaleur, le décahydrate du sel double constitué par une molécule de sulfate de sodium et une molécule de chlorure de potassium.Etant donné que tous les sels présentant une réticulation ionique ont une température de cristallisation qui se trouve au-dessous de la température de fusion, parce que la masse fondue est métastable dans la gamme des températures séparant la température de cristallisa- tion de la température de fusion, l'invention prévoit par suite, d'ajouter pour amorcer la cristallisation de la masse accumulatrice de chaleur, une distribution uniforme de cristaux isot-piques ou zépitaxiques, des quantités extrêmement faibles étant d'ailleurs suffisantes. Ainsi, op fait monter la température de cristallisation presque jusqu'à la température de fusion.La plupart des hydrates à considérer utilement comme masses accumulatrices de chaleur ne demeurent pas homogènes, étant donné que l'eau de cristallisation est libérée au moment de la fusion, de telle sorte que dans le cas des sels doubles mentionnés ci-dessus, les sulfates, et en particulier également les cristaux d'amorçage insolubles, peuvent s'accumuler par stratification dans des couches privilégiées. Ceci entratne pour la cristallisation des tempéra tures extrêmement basses, ce qui - ~ l'action des sels en vue de supprimer le verglas. L'invention a donc pour objet de faire comporter à la masse accumulatrice de chaleur un support tel que l'on puisse lui conserver le caractère d'un solide même au-dessus de la température de fusion. Au cours de la journée, la masse accumulatrice absorbe la chaleur solaire aussitôt que l'on a atteint la température de cristallisation et lorsqu'on a atteint la température de fusion, la température de la masse ne change plus tant qu'elle ngest pas complètement chargée. Ainsi, la surface de la chaussée demeure plus froide au cours de la journée que la surface d'une chaussée ne comportant pas de telles masses accumulatrices. En même temps la fraction de la chaleur solaire abandonnée à l'air est plus faible que dans le cas des chaussées ordinaires.Aussitôt que la surface de la chaussée descend à une température qui diffère de la température de cristallisation de la masse d'une valeur égale à la différence ce de température nécessaire à la transmission de la chaleur tout en étant encore quelque peu au-dessus de la température de congélation, la crisstallisation commence à s'effectuer et en même temps la chaleur emmagasinée au cours de la journée est libérée. On a constaté que, pour empêcher la formation de glace pendant la nuit, il suffit de quantités assez faibles de masses accumulatrices. On peut d'ailleurs appliquer les masses accumulatrices conformes à l'invention aux chaussées, escaliers, etc.. chauffés électriquement. Dans ce cas, le chauffage se fait, dans la plupart des cas, sous l'effet de l'énergie solaire et seulement dans des cas exceptionnels par chauffage électrique, notamment lorsqu'il se forme de la glace sous l'effet d'une chute de pluie sur une chaussée en état de surfu sion ou encore, lorsqu'il s'agit de faire fondre a neige après complet épuisement de la chaleur emmagasinée par les masses accumulatrices. Contrairement aux dispositifs de chauffage classiques des chaussées, l'énergie ainsi ajoutée peut être sensiblement plus faible étant donné que l'énergie thermique peut être appliquée pendant une durée plus longue. D'autre part, le chauffage peut être uniquement effectué pendant les périodes au tarif réduit de nuit et y être limité. I1 e égale ment possible d'effectuer le chauffage pendant une courte période au moyen de véhicules porteurs de chaleur tels que de l'hui- le chaude ou de l'eau chaude; ceci est particuz rement intéres sant dans le cas d'escaliers ou ou autres passages soumis à des chutes de neige importantes. Enfin, l'invention prévoit des solutions pour lesquelles l'échangeur de chaleur absorbant et rendant la chaleur, incorporé au revêtement de la chaussée, est associé tar l'intermédiaire d'un dispositif de transfert de chaleur, à une masse accumulatrice, ce dispositif déclenchant le transfert de chaleur uniquement lorsque les prévisions météorologiques sont telles que l'on doive effectuer une telle absorption ou une telle restitution de chaleur. On va maintenant décrire les caractéristiques de l'invention en se référant aux dessins-ci-joints,sans que l'invention soit cependant limitée aux combinaBons des caractéristiques décrites oi-après. Sur ces dessins la fig. 1 fft une vue en coupe d'une dalle de trottoir comportant des masses accumulatrices conformes à l'invention. La fig. 2 est une coupe d'un escalle c p tant également de telles masses. La fig. 3 est une coupe d'une chaussée comportant des masses accumulatrices conformes à lsinvention. La fig. 4 est une vue en perspective d'une chaussée analogue à celle suivant la fig. 3, cette chaussée présentant des masses accumulatrices hémisphériques associées à un chauffage électrique d'appoint. La fig. 5 est une coupe d'une autre forme d'exécution de masses accumulatrices associées à un dispositif de transfert de chaleur. La fig. 6 représente en coupe schématique un dispositif empêchant le verglas des chaussées, conformément à l'in- vention, au moyen d'un circuit de transfert de chaleur. Le bloc formant la dalle de trottoir représenté en fig. 1, est établi en béton et comporte des évidements 2 allon gés dont la section droite en forme de ;tonneau, renferme une masse accumulatrice et contient le produit 3. A leurs extrémités axiales, les chambres 2-ainsi constituées sont fermées par des clôtures non représentées, par exemple par des feuilles de matière plastique. Pour que la chaleur accumulée ne puisse se dissiper dans le sol, les dalles 1 sont déposées sur des sup- ports isolants non représentés. La fig. 2 représente un escalier dont les marches sont également creuses, les chambres intérieures ainsi formées étant remplies comme précédemment par une masse accumulatrice 3 disposée à l'intérieur d'une enveloppe souple en matière plastique 21. Au-dessous de la masse accumuitrice 3, est disposé un chauffage électrique 22 comportant de préférence une feuille de matière plastique sur laquelle on a pulvérisé un métal et,au-dessous de celle-ci, on trouve à nouveau une couche calorifuge 23. Une commande thermostatique maintient en permanence la masse accumulatrice 3 à une température légèrement au-dessus de la température de cristallisation.Etant donné que sa température ne s'abaisse au-dessous de cette valeur nécessaire au maintien de la charge sous l'action de l'air extérieur que pendant peu de journées, la consommation de courant est négligeable et, de plus, la charge peut être limitée aux heures les plus favorables au point de vue du tarif et, pour éviter une consommation inutile de chaleur, on peut encore supprimer le courant pendant les périodes de températures très basses lorsqu'il ne tombe ni pluie ni neige. La fig. 3 représente en coupe une chaussée conforme à l'invention. Les fondations 38 sont associées à un réseau d'armatures en acier 35, 36 sur 3 esquelles repose une natte 32 constituée par une feuille plane 31 en matière synthétique et par une autre feuille de matière synthétique 33 présentant des alvéoles hémisphériques 30, ces feuilles étant soudées l'une à l'autre aux endroits où elles se trouvent au contact, ces alvéoles 30 recevant la masse accumulatrice 3. Entre les- alvéoles 3 se trouvent des passages 39 que traversent les boucles 39 du réseau d'armatures qui ont déjà percé la natte 32. Après mise en place de la natte, on coule le revêtement de la chaussée servant au passage des véhicules et ce revêtement de la chaussée est ancré sur les fondations par l'intermédiaire des boucles 35 de l'armature. La fig. 4 représente un dispositif analogue à celui de la fig. 3, mais comportant de plus, des bandes planes 40 constituées par une matière électriquement résistante et isolée électriquement par un revêtement 41 en matière synthétique. Ces bandes planes isolées entre la feuille inférieure 31 et la feuille supérieure 33 des feuilles étant @@@@@@, @@@@@ po- former la natte 32, d'une manière étanche. Les zones 43 séparant les deux alvéoles recevant des masses accumulatrices nécessitent, bien entendu, une chaleur moindre que les zones dispei- sées à l'intérieur de ces alvéoles 42. C'est pourquoi, il est prévu, conformément à l'invention, de donner une résistance électrique plus importante aux bandes plates 40 à l'intérieur de ces alvéoles 42 que dans les zones intermédiaires 43.Le chauffage électrique sert à charger en calories la masse accumulatrice 3 lorsque l'on s'attend soit à des chutes de neige assez abondantes, pour que l'énergie accumulée ne suffise pas à les faire fondre, ou encore lorsque la température de la chaussée se trouve au-dessous du point de congélation et que l'on s'attend à de la pluie. Dans tous les autres cas, 1'accumulation de chaleur est assurée par l'énergie solaire. La fig. 5 représente une autre construction de la nappe accumulatrice de chaleur. Bes feuilles de matière synthétique 50 et 51 sont déformées de manière à être symétriques comme un objet et son image dans un miroir, de telle sorte que les fondations de la chaussée 38 doivent prsenter des évide- vents eorrespondants pour recevoir la feuille inférieure 51. De plus, on a choisi la forme la plus favorable au point de vue statique, constituée par des ellipsoides de révolution qui permettent pour une meme charge susceptible d'être transmise par le revêtement de la chaussée, la mise en place d'une plus grande masse accumulatrice 3. Etant donné que cette construction présente des dimensions supérieures dans le sens vertical, la chaleur est transmise partiellement par un circuit constitué par deux tubes 52 et 53 décalés verticalement l'un par rapport à l'autre et par deux chambres 54, 55 reliant l'une à l'autre les extrémités correspondantes de ces tubes. A l'intérieur de ce circuit, se trouve un liquide tel qu'un mélange d'eau et d'alcool méthylique qui entraine vers le haut par convexion une partie de la chaleur emmagasinée, tandis que le transfert de chaleur au cours de la charge est favorisé par la conduc tibilité thermique des tubes 52 et 53. La fig. 6 est un schéma correspondant à une autre solution du problème posé par l'invention et présentant immédiatement au-dessous de la chaussée 60 et à une faible distance l'un de l'autre des tubes échangeurs de chaleur 61 reliés l'un à l'autre par une canalisation 62. Cette canalisation 62 les fait communiquer avec un échangeur de chaleur 63 qui se trouve dans un récipient 64 rempli de masse accumulatrice 3 pour être en contact thermique parfait avec cette dernière. Be récipient 64 contenant la masse accumulatrice est isolé par rapport aux températures extérieures avantageusement par le fait qu'il est profondément enfoncé dans le sol. Le point le plus bas de l'échangeur de chaleur 63 débouche dans un réservoir 66 entouré par une enveloppe 68 qui le calorifuge parfaitement. Le point le plus bas du réservoir 66 s'ouvre dans une canalisation 69 reliée à une pompe 70, reliée à son tour par la canalisation 71 aux extrémités 72 des tubes échangeurs de chaleur 61. La pompe 70 est entraînée par un moteur non représenté. L'ensemble des canalisations est rendu étanche au vide par rapport à l'extérieur, et il est avantageusement vidé de son air. Dans le réservoir 66 se trouve un liquide 67 bouillant facilement et dont le point de congélation se trouve au-dessous de 0 . Aussitôt que la température extérieure est montée audessus de la température de fusion fe la masse accumulatrice 65, la pompe 70 est mise en route par une commande thermostatique 73. De ce fait, le liquide 67 pénètre dans les tubes échangeurs de chaleur 61 et sty vaporise. La vapeur formée se condense dans l'échangeur de chaleur 63 et la chaleur de condensation formée assure la fusion de la masse accumulatrice 3. Le dispositif de commande 73 agissant sur la pompe 70 doit être établi en tenant compte des facteurs nécessaires à la formation possible de glace, telle que l'humidité de la surface de la chaussée, la température et le gradient de température, ainsi que les prévisions météorologiques telles que pluie sur chaussée dans des conditions de surfusion, de manière à mettre en marche la pompe 70 en temps utile avant le commencement du gel. A cet effet, le liquide 67 est refoulé à nouveau dans le tube échangeur de chaleur 61, mais il passe alors en raison de la faible pente du tube 61 dans l'échangeur de chaleur 63 pour y être vaporisé à nouveau. La vapeur se condense alors à nouveau dans le tube 61 et fournit ainsi la chaleur nécessaire empêchant la formation de verglas sur le revêtement de la chaus séné. La canalisation 74 ramène une petite fraction du condensat directement dans le réservoir 66 pour faciliter, après l'arrêt de la pompe 70, le retour du circuit us conditions antérieures. L'avantage de cet ensemble plus compliqué consiste en une utilisation optima de la capacité thermique de la masse accumulatrice. La chaleur, contrairement aux dispositifs décrits précédemment, n'est appliquée à la chaussée que lorsque toutes les prévisions météorologiques tendent à la formation de glace et cela pour autant que cette chaleur accumulée est nécessaire pour écarter un danger de verglas. En effet, aussitôt que la surface de la chaussée est devenue sèche, la pompe 70 s'arrête, de manière à supprimer tout transfert de chaleur quelque soit la température extérieure. De plus, ce dernier dispositif permet un chauffage complémewtEire pour la charge de la masse accumulatrice, de manière à empêcher que dans le cas de dimen sions trop faibles de l'accumulateur, son fonctionnement sein- terrompe à la suite de périodes de temps défavorables. REVENDICATIONS 1. Dispositif de protéction contre le verglas sur des surfaces apparentes susceptibles d'être soumises au gel, telles que chaussées, trottoirs, escaliers, balcons ou toitures, caractérisé par le fait que le revêtement de ces surfaces se trouve en liaison thermique avec des éléments contenant des masses accumulatrices qui sont constituées principalement par des cristaux à réticulation ionique dont le point de fusion se trouve légèrement au-dessus du point de congélation de l'eau. 2o Dispositif de protection contre le verglas suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les éléments contenant des masses accumulatrices sont disposés dans des alvéoles ménagés sous la surface extérieure du revêtement. 3. Dispositif de protection contre le verglas, suivent la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la masse accumulatrice est disposée dans un récipient calorifugé et que des échangeurs de chaleur sont disposés au-dessous de la surface extérieure du revêtement, ces échangeurs de chaleur communtuant avec un autre échangeur de chaleur disposé dans ladite masse accumulatrice, de telle sorte que la transmission de chaleur s'effectue entre les deux échangeurs de chaleur par l'intermédiaire d'un véhicule susceptible de s'écouler, tel qu'un liquide ou une vapeur,en transportant des calories. 4. Dispositif de protection contre le verglas suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que le véhicule transporteur de calories est constitué par un produit qui se présente aussi bien sous forme de vapeur que de condensat à la température de fusion de la masse accumulatrice. 5. Dispositif de protection contre le verglas suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que la température de fusion de la masse accumulatrice se trouve entre 1 et 100. 6. Dispositif de protection contre le verglas, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la masse accumulatrice est constituée par l'hydrate d'un sel de métal alcalin ou d'un sel double de métaux alcalins 7. Dispositif de protection contre le verglas, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la masse accumulatrice incorpore une substance épaississant la masse fondue, sans prendre part à la transformation. 8. Dispositif de protection contre le verglas suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que la masse accumulatrice contient des cristaux isotypiques ou épitaxiques distribués uniformément dans la masse, ne se dissolvant pas dans la masse fondue et présentant un point de fusion au-dessus de la température maxima de fonctionnement. 9. Dispositif de protection contre le verglas suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la masse accumulatrice est disposée dans des chambres ces en++tdeux feuilles soudées l'une à l'autre, la section droite de ces chambres étant constituée par un quadrilatère ou un hexagone. 10. Dispositif de protection contre le verglas suivant la revendication 9, caractérisé par le fait que les chambres sont constituées par deux alvéoles superposés commuriçantU et dont la profondeur est supérieure à leur demi-diambtre. 11. Dispositif de protection contre le verglas suivant la revendication 9, destiné à la protection des chaussées, caractérisé par le fait que les fondations de la chaussée sont reliées au revêtement par des ::- -?-- soumià h une tension et traversant les ouvertures ménagées dans les feuilles enrobant la masse accumulatrice. 12. Dispositif de protection contre le-verglas suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que l'on utilise, comme véhicule pour le transport des calories, de la vapeur qui,après condensation est recueillie dans un réservoir pour être ramenée par un dispositif de refoulement dans les échangeurs de chaleur. 13. Dispositif de protection contre le verglas suivant la revendication 12, caractérisé par le fait que le condensat est refoulé dans les premiers échangeurs de chaleur au point le plus baF desquels une dérivation prévue pour le condensat ramène une petite fraction du condensat dans le réservoir, le reste du condensat étant ramené dans ce réservoir par l'inter- médiaire de l'échangeur disposé dans l'accumulateur. 14. Dispositif de protection contre le verglas suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'accumulateur de chaleur est relié à un dispositif de chauffage de manière à assurer une bonne transmission de la chaleur. 15. Procédé pour dégivrer une chaussée comportant un dispositif de protection suivant l'une des revendications 12 et 13, caractérisé par le fait que le dispositif de refoulement est mis en marche pour une gamme de températures commen çant à la température de cristallisation de la masse accumulatrice et s'étendant jusqu'à une valeur déterminée au-dessus de cette dernière tandis que ce dispositif de refoulement star- rête lorsqu'on a dépassé cette valeur et que loris d'un abaissement de la température extérieure et d'une prévision de gel sur chaussée humide, ce dispositif est mis en marche, lequel dispositif s'arrête lorsque la température extérieure dépasse à nouveau le point de congélation ou que la chaussée est sèche et est remis en marche lorsque la chaussée se trouve dans des conditions de surfusion en présence de prévisions météorogiques telles qu'une dépression barométrique, pour être arrêté à nouveau lorsque la chaussée est redevenue sèche. 16. Procédé pour dégivrer une chaussée comportant un dispositif de protection suivant la revendication 14, caractérisé par le fait que l'amenée de courant au dispositif de chauffage n'est assurée que lorsque l'enveloppe enrobant la masse accumulatrice est descendue à une température qui ne se trouve que très peu au-dessus de la température de cristallisation de cette masse, ce courant étant ensuite arrêté lorsque la température de la masse accumulatrice a dépassé de quelques degrés cette température de cristallisation, ou encore, lorsque la température de la surface de la chaussée est descendue notablement au-dessous du point de congélation et que la surface extérieure de la chaussée est sèche. 17. Procédé pour l'utilisation de l'énergie solaire pour le dégivrage de surfaces susceptibles d'être verglacées au moyen du dispositif de protection suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on applique le courant thermique produit par le soleil pendant le jour à une masse accumulatrice enrobée dans une enveloppe et dont la température de cristallisation dépasse OC d'un peu plus que la différence de température à prévoir entre la surface à protéger et la masse accumulatrice, pour maintenir un courant thermique dirigé vers la dite surface, la température de cette surface étant inférieure à celle de surfaces comparables sujettes à verglas tandis que sa température nocturne est supérieure à 00. 18. Procédé pour l'utilisation de l'énergie solaire pour le dégivrage de surfaces de chaussées ou autres, susceptibles d'être verglacées, au moyen du dispositif de protection suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un échangeur de chaleur relié thermique ment à la surface à protéger est relié thermiquement d'autre part à un deuxième échangeur de chaleur par l'intermédiaire d'un véhicule fluide tel que de la vapeur, ce deuxième échangeur étant disposé à l'intérieur de l'accumulateur de chaleur, le courant parcouru par ce véhicule pouvant être interrompu par des moyens qui ne permettent le chauffage de la surface à chauffer que lorsque les prévisions météorologiques indiquant le risque de verglas agissent sur une commande prévue à cet effet.