Brevet FR2292207A1 — publié le 19760618

L'invention a pour objet un radiateur se closant de tubes, disposés verticalement et traversés par un fluide chauffant où il est prévu au-dessus et en-dessous des moyens d'amenée et d'évacuation du fluide chauffant (répartiteur et collecteur). On connait des radiateurs de conformation variée. Mais alors le radiateur qu'on rencontre le plus souvent est d'un type tel qu'au moyen de tubes verticaux juxtaposés en direction transversale et reliés par un répartiteur et par un collecteur, on puisse former des radiateurs par lesquels le courant de fluide chauffant s'écoule du haut vers le bas. Ces radiateurs sont habituellement placés dans des niches pratiquées dans les mars des pièces ou au-dessous de la fenetre contre les murs d'allègue et ils cèdent leur chaleur d'une part à l'air ambiant par convection et d'autre part par rayonnement. Puisque le radiateur se trouve habituellement devant une paroir il se forme entre le radiateur et la paroi, une sorte de cheminée dans laquelle l'air échauffé se déplace vers le haut et aspire l'air frais de la pièce.Cet effet de cheminée est bien connu et très souvent utilisé pour augmenter la quantité de chaleur cédée par convection puisque de cette manière le débit d'air devient plus rapide. On connait également des radiateurs à canaux ner vurés, disposés horizontalement et traversés par le fluide chauffant, ces radiateurs étant disposés soit librement dans la pièce, soit dans des niches prévues pour les recevoir Une telle niche peut être à l'avant recouverte d'une plaque appropriée. Ici encore on peut engendrer un effet de cheminée en ce sens que le canal nervuré est entouré d'une enveloppe s'étendant principalement vers le haut et dont les parois avant, arrière re et latérales peuvent être fermées de manière à créer un puits d'air ascensionnel. On utilise donc également ici l'effet de cheminée, de telle manière que l'air échauffé par les canaux nervurés afflue vers le haut par un effet de succion de sorte que, grâce aux canaux nervurés disposés à la partie inférieure de l'enveloppe, il soit aspiré des quantites accrues d'air. La face inférieure est alors laissée ouverte pour pouvoir amener les quantités d'air frais nécessaires.Toutefois, il se présente dans les radiateurs de chauffage connus, l'inconvénient que le rendement spécifique du chauffage pour une température donnée du fluide chauffant puisse seulement être amélioré en augmentant les dimensions du radiateur, ce qui peut toutefois augmenter le coût de l'installation toute entière. Si dans le cas de tels radiateurs tien connus à ca naux nervurés on essaie par exemple d'utiliser complémentairement l'espace conçu comme puits d'air ascensionnel et par conséquent libre, situé au-dessus d'un premier canal inférieur nervuré, cela de telle manière que dans ces radiateurs, il soit disposé d'autres canaux nervurés ou d'autres moyens de chauffage, on peut même obtenir, suivant les circonstances, un résultat opposé à celui recherché parce que l'air, traversant ces canaux nervurés complémentaires, est de toute façon déjà suffisamment chauffé par les canaux inférieurs nervurés, que toutefois l'espace libre formé, dans lequel l'air s'élève, est plutôt bouché de telle manière que la résistance de l'air augmente et que, le cas échéant, on puisse même dans l'ensemble arriver à réduire considérablement le rendement du radiateur.Ceci vaut également dans une mesure correspondante pour tous les autres types de dispositifs qui sont traversés par un fluide plus chaud et dans lesquels l'air ambiant doi t etre chauffé par ce flui de donc dans les dispositifs fonctionnant comme radiateurs de chauffage de pièces d'habitation ou dans des dispositifs dans lesquels le fluide chauffant traversant le radiateur doit être refroidi par l'air ambiant donc dans les installations de refroidissement auxquélles d'ailleurs s'applique également la présente invention. L'inventeur s'est assigné la tâche de créer un radiateur ou le cas échéant une installation de refroidissement de dimensions extérieures très faibles, tout en ayant un rendement calorifique spécifique très élevé par convection et en fournissant de la chaleur par rayonnement, ledit radiateur ayant encore extérieurement un aspect attrayant, satisfaisant aux exigences de la beauté et de l'esthétique. Pour résoudre ce problème, l'inventeur est parti du radiateur mentionné au début du présent texte et son invention présente un intérêt en ce sens que les surfaces avant et éventuellement arrière du radiateur sont conformes de manière à être des surfaces essentiellement fermées, étroites, verticales, présentant chaque fois des ouvertures d'entrée d'air formées par des tubes contigus et que les ouvertures d'entrée -d'airdébouchent dans des canaux verticaux de direction de l'air, dépassant en longueur la profondeur du radiateur. Un tel radiateur peut se réaliser de manière à être extrêmement plat et pourtant il a une surface avant essentiellement fermée et le cas échéant, également une surface arrière qui agit tant comme surface de chauffage par rayonnement que comme surface de chauffage par convection. Un tel radiateur permet en outre d'utiliser de la manière optimale toute la chaleur des radiateurs habituels, produite par convection et le cas échéant à attribuer à un effet de cheminée, de sorte qu'on arrive à obtenir un rendement calorifique très élevé exprimé en kcal/h et en encombrement. Dans une version avantageuse de l'invention, la section transversale du tube est fondamentalement triangulaire et en direction transversale, les tubes, se recouvrant partiellement, sont disposés de telle manière, qu'une section transversale triangulaire posant sur sa surface de base est suivie d'une surface transversale triangulaire, reposant sur sa pointe. I1 en résulte ainsi un profil plein presqu'entièrement fermé si on regarde le radiateur en coupe transvervale, à savoir un profil à travers lequel s'étendent des canaux de direction d'air dépassant en longueur la profondeur du radiateur. Dans une autre version de l'invention, l'effet de cheminée spécialement utilisé pour augmenter le rendement ca calorifique par convection peut encore être renforcé en prenant une autre mesure spéciale, à savoir en fermant hermétiquement à l'air la surface inférieure du radiateur de sorte qu'on peut encore augmenter le rendement calorifique spécifique du radiateur, cela indépendamment du rendement déjà obtenu par la forme déjà avantageuse du radiateur. Pour chauffer des grandeurs données d'espaces habitables, on n'a alors plus besoin que de radiateurs de dimensions notablement plus faibles quien particulier peuvent être plus plats que ceux connus Jusqu'd présent. Dans le texte qui suit, la structure et le fonctionnement de l'objet de l'invention vont être expliqués plus en détail, en se référant à des exemples d'éxécution, accompagnés de figures. - La figure 1 est une représentation globale en vue perspec tive d'un radiateur conforme 9 l'invention ; - la figure 2, une coupe suivant la ligne II-II de la figure 1 ; - la figure 2a, une variante possible de la conformation de la section transversale du radiateur dans une autre forme d'éxé caution - la figure 3 est un dessin qui montre schématiquement la di rection des courants dtair provoqués par un radiateur placé à proximité d'une paroi. Dans la figure 1, le radiateur, objet de l'inven- tion, est désigné par 1. I1 se compose de divers tubes 2, reliés ltun à l'autre en haut et en bas par un répartiteur 4 et un collecteur 5. Le fluide chauffant entre en 6 dans le réparti teur 4 et sort en 7 après avoir traversé les tubes 2. Dans l'exemple d'éxécution préféré de l'invention, les tubes se composent d'éléments profilés de forme triangu- laire en coupe transversale et, comme le montre la coupe transver sale de la tigre 2, ils sont embofté5 les uns dans les autres, sans toutefois se toucher directement dans leur zone moyenne puisqu'ils sont reliés par le répartiteur 4 et le collecteur 5, de telle manière qu'entre les tubes, il se forme des canaux 8 dont la longueur est plus grande que la profondeur effecti ve du radiateur lul-meme. C'est pourquoi, les tubes 2 sont pla cés l'un à côté de l'autre et à une certaine distance l'un de autre de telle manière que dans la représentation en coupe transversale de la figure 2, un tube 2a reposant sur sa base 9 est chaque fois suivi d'un tube 2b reposant sur sa pointe 10 et que ee tube 2b est suivi d'un tube 2c reposant sur sa base 9. C'est pourquoi les tubes 2, comme le montre la figu re, sont emboités l'un dans l'autre.Dans l'ensemble, le radiateur présente vers l'extérieur des surfaces avant et des surfaces arrière presque fermées, ce qui, par le fait de la planéité de la face avant et de la face arrière du radiateur, donne à celui-ci un aspect agréable, satisfaisant aux exigences de l'esthétique et de la beauté, tout en offrant une surface de rayonnement extremement grande. I1 est en outre avantageux que le radiateur ne présente aucune arete saillante car ainsi les risques d'accidents deviennent minimes. Un tel radiateur optimalise en outre la conforma- tion des surfaces chauffantes d'une manière vraiment inattendue par le fait que la quantité de chaleur, cédée par convection, est notablement supérieure à celle que les radiateurs usuels peuvent céder par convection. Grosso clodo, 2/3 environ de la surface chauffante totale du radiateur, conforme à l'invention, à savoir les surfaces des tubes profilés 2 à section triangulaire qui forment les canaux, cèdent leur chaleur par convection tandis qu'un tiers environ de cette surface chauffante totale, à savoir les surfaces avant et arrière presque fermées du radiateur, cèdent de la chaleur par convection et par rayonnement.On voit immédiatement que si la cession de chaleur par rayonnement est excellente, on peut, par rapport aux radiateurs usuels, augmenter la surface chauffante qui cède sa chaleur par convection, de sorte qutun radiateur conforme à l'invention, a un rendement calorifique spécifique très élevé. Le-s distances entre les tubes ainsi que les dimensions des ouvertures 13 d'entrée d'air et des ouvertures 11 de sortie d'air peuvent etre variées et chaque fois réglées sur le type de construction, la forme d'application et la ma tériau. En principe, il faut que les ouvertures d'entrée d'air par rapport à la surface extérieure totale ne forment que des fentes verticales étroites par lesquelles, comme le montre en 12, la coupe transversale de la figure 2, l'air entre dans la direction de la flèche et se répartit sur les deux canaux de direction d'air 8, chaque fois présents dans ce cas.A cause de la fente étroite et de l'étroitesse relative des canaux 8 de direction de l'air, la vitesse d'écoulement de l'air est relativement élevée et l'on obtient une meilleure transmission de la chaleur tandis qu'à cause des parois lisses des fentes qui ne présentent ni angles ni coins, la chute de pression (perte Ge charge) est relativement faible. L'air entre par les ouvertures d'entrée d'air 13 par suite de l'effet de cheminée dont on a déjà parlé plus haut et dont on va parler plus en détail d'une manière plus précise en se référant au dessin schématique de la figure 3. Comme on le voit, l'inventeur est parvenu à allonger dans une mesure relativement grande les chemins que l'air à échauffer doit parcourir pour traverser le radiateur. Ils sont en tout cas notablement plus longs lorsque le radiateur lui-même est profond de sorte qu'on peut être sûr de disposer d'une grande surface chauffante. I1 est en outre important que l'air affluant en 13, suivant les flèches, se trouve par suite de l'effet de cheminée qui se manifeste à l'arrière du radiateur, impliqué dans une aspiration, produisant tous ses effets aux ouvertures de sortie d'air Il, cela de telle manière que l'air entrant entre d'abord en collision avec les tubes 2b, 2d arrière (vus dans la direction d'écoulement de l'air) et est dévié par ceux-ci. En partant de cette conception de base, il est possible de réaliser un tel radiateur d'une manière particulière permettant d'économiser de la place et de fabriquer également des radiateurs relativement plats, à rendement calorifique spécifique élevé. Ceci est particulièrement important par exemple dans les bâtiments anciens, où l'on ne trouve que très rarement des niches convenant pour y placer des radiateurs et où les radiateurs seraient particulièrement gênants s'ils étaient placés au milieu d'une pièce. Suivant une autre version extrêmement avantageuse du radiateur, conforme à l'invention, il est encore possible d'augmenter dans une mesure considérable l'effet de cheminée susmentionné, cela en appliquant un principe, montré à la figure 3. Cette figure montre en 16 un radiateur quelconque de chauffage d'une pièce d'habitation, placé au voisinage d'une paroi 17 de la pièce, en respectant une certaine distance au-dessous du radiateur. On peut aussi considérer ici que le radiateur est logé dans une niche. Un spécialiste voit immédiatement que le radiateur 16 de chauffage d'une pièce d'habitation forme avec la paroi 17 d'une pièce un puits d'air ascensionnel 18 ainsi appelé qui en vertu de son effet de cheminée chasse vers le haut l'air échauffé par le radiateur 16 de chauffage de la pièce d'habitation, comme le montrent les flèches 19. Dans ce puits d'air ascensionnel 18, il est de toutes parts aspiré de l'air, en particulier à travers les nervures du radiateur 16, comme le montrent ici les flèches 20. 1 importe toutefois que dans une telle disposition d'un radiateur de chauffage, il se produise également des quantités considérables d'air parasite qui, en suivant les flèches 21, arrivent dans le puits d'air ascensionnel et restent froides parce que dans le radiateur de chauffage d'une pièce d'habitation, elles ne touchent pas les surfaces qui cèdent de la chaleur, lesquelles quantités d'air parasite compensent en partie, connue on le voit, l'effet d'aspiration du puits d'air ascensionnel 18 qui barre partiellement le chemin à l'air 20 correctement aspiré par le radiateur de chauffage d'une pièce d'habitation 16 et se mélangent en outre à l'air 20 pour former encore un mélange d'air plus froid que celui qui, à proprement parler correspondrait à l1échauffement par le radiateur de chauffage de la pièce d'habitation.Dans les systèmes bien connus, il est alors encore désavantageux que les nervures s'étendent essentiellement en direction verticale et qu'entre elles on puisse regarder librement, de sorte qu'ici également il y a un trop grand espace libre par lequel l'air qui ne vient pas en contact avec les surfaces chauffantes peut de cette manière passer pour traverser le radiateur et se déplacer vers le haut. C'est pourquoi dans une version préférée de l'invention, toutes les surfaces du fond sont encore hermétiquement fermées dans les radiateurs des figures 1 et 2, comme le montre la ligne 22J représentée en traits interrompus dans la figure 3, de sorte que l'air parasite ne peut pas arriver dans le puits d'air ascsnsionnel 18.Puisque l'effet d'aspiration du puits d'air ascensionnel est toutefois essentiellement le même, il est maintenant amené de l'air le long des canaux 8 de direction de l'air avec une force d'aspiration accrue et seulement par-la face avant du radiateur de chauffage et pour cette raison en contact intime avec les surfaces qui cèdent de la chaleur. I1 se comprend qu'il faut rendre étanche, également sur les côtés, le puits d'air ascensionnel au fond tou jours présent de sorte qu'il convient d'utiliser le radiateur des figures 1 et 2, comme partie antérieure d'une enveloppe, formant avec la paroi de la pièce d'habitation le puits d'air ascensionnel proprement dit, laquelle enveloppe présente des Parois de fond, arrière et latérales fermées, cela pour que l'air de la pièce puisse être aspiré par le puits d'air ascensionnel en passant par la face antérieure du radiateur et par le radiateur de chauffage 1. Comme il est facile de le voir, on arrive de cette manière à obtenir pour une température donnée du fluide chauffant des capacités calorifiques spécifiques très élevées de sorte que pour un rendement calorifique désiré donné les radiateurs peuvent être réalisés de manière à être notablement plus petits et plus compacts. Si, conformément à cette version avantageuse de l'invention, le radiateur de chauffage 1 peut être réalisé de manière à devenir la paroi d'une enveloppe formant le puits d'air ascensionnel, le rendement du radiateur de chauffage peut alors être influencé en modifiant la distance du radiateur à la paroi arrière, ce qui modifie par le fait même les dimensions du puits d'air ascensionnel. Abstraction faite de ces avantages ressortissant d'une bonne application de la technique de la chaleur, l'invention présente encore des avantages au point de vue de la technique de fabrication des radiateurs, puisque les tubes 2 entrant dans la fabrication des radiateurs peuvent être fabriqués d'une manière continue, en appliquant par exemple un procédé de fabrication par extrusion et que ces tubes n'on besoin d'être coupés qu'uniquement à la longueur désirée. Le collecteur et le répartiteur sont placés à l'extrémité des tubes 2.C'est pourquoi, la fabrication d'un tel radiateur de chauffage est relativement simple et économique. I1 se comprend qu'un tel radiateur puisse également se fabriquer par coulée et que la matériau préféré pour fabriquer les tubes 2 soit l'aluminium qui se laisse travailler d'une manière relativement facile, plaît à cause de sa beauté et transmet parfaitement la chaleur à cause de son excellente conductibilité calorifique. Dans une autre version avantageuse de l'invention, on peut encoreprévoir, dans les canaux 8 de direction de l'air, des nervures 25 partant des parois des tubes 2, comne on le voit sur la figure 4 qui représente ces nervures en coupe transversale. Les nervures peuvent être de forme quelconque. Elles peuvent ne sortir que d'une paroi latérale du canal 8 de direction de l'air ou sortir de deux parois latérales d'un tel canal. Elles sont toutefois conformées de manière à s'étendre sur toute la longueur du canal de direction de l'air sous la forme de saillies horizontales ou à s'étendre en oblique vers l'avant, donc dans le sens allant des ouvertures d'entrée d'air 13 à l'arrière. Comme on le voit facilement, on agrandit ainsi la surface chauffante. -Du fait qu'un type de radiateur est compact, on n'a besoin que d'une quantité relativement minime d'eau de sorte que l'inertie calorifique du radiateur est faible et que le réglage de celui-ci est très souple. Ceci est d'une importance considérable, en particulier dans les installations utilisées pour le chauffage des habitations. Enfin la figure 2 a représente encore en coupe transversale, ur noulezu 'profil possible des tubes 2, ici désignés par 2'. Dans ce cas, on a besoin de deux types de tubes différents, à savoir un type de tube, ayant en coupe la forme d'un diabolo et un type de tube à section transversale carrée, remplis sant un espace libre, formé par deux tubes contigus à section transversale en diabolo. La figure 2a doit uniquement montrer que pour appliquer le principe à la base de l'invention, il ne faut pas nécessairement utiliser des tubes À section transversale triangulaire. REVENDICATIONS 10/ Radiateur, se composant de tubes essentiellement placés verticalement, parcourus par un fluide chauffant et pourvus en haut et en bas de moyens d'amenée et d'évacuation du fluide chauffant (répartiteur et collecteur), c a r a c t é r i s é par le fait que la surface avant et le cas échéant la surface arrière du radiateur 1 ont la forme de surfaces présentant des ouvertures d'entrée d'air 11, 13, essentiellement fermées, uniquement étroites et-verticales, formées chaque fois par des tubes contigus 2 et les ouvertures d'entrée d'air 11, 13 débouchent dans des canaux verticaux de direction d'air, dépassant en longueur la profondeur du radiateur 1 et passant à travers le radiateur 1. 20/ Radiateur, tel que défini dans la revendication 1, c a r a c t é r i s é par le fait que la section transversale du tube est de forme triangulaire. 30/ Radiateur, tel que défini dans l'une ou l'autre des revendications I ou 2, prise isolément, c a r a c t é r i s é par le fait que les tubes 2 se recouvrant partiellement en direction transversale, sont disposés de telle manière qu'en coupe transversale, un tube (2a,2c) reposant sur sa base est suivi par un tube (2b,2d) reposant sur sa pointe. 4a/ Radiateur, tel que défini dans l'une ou l'autre des revendications 1, 2, ou 3, prise isolément, c a r a c t é r i s é par la fait que chaque ouverture d'entrée d'air 11, 13 se divise en deux canaux de direction d'air 8 traversant en oblique le radiateur 1 et s'étendant en direction verticale essentiellement sur toute la hauteur du radiateur. 50/ Radiateur, tel que défini dans la revendication 4, c a r a c t é r i s é par le fait que dans le canaux 8 de direction de l'air, il est prévu, pour agrandir la surface chaut- fante, des nervures 25 horizontales ou s'étendant de l'avant vers l'arrière en oblique vers le haut. 60/ Radiateur, tel que défini dans l'une ou l'autre des revendications 1 à 5 > prise isolément, c a r a c t d r i s é par le fait que les tubes 2 sont reliés en haut par un répartiteur continu 4 et en bas par un collecteur continu 5. 70/ Radiateur, tel que défini dans l'une ou l'autre des revendications 1 à 6, prise isolément, c a r a c t é r i s é par le fait que pour former un puits d'air ascensionnel 18 le radiateur est conformé de manière à être la paroi avant d'une enveloppe ayant des parois de fond, dorsale et latérales fermées. 80/ Radiateur, tel que défini dan ltune ou l'autre des revendications 1 à 7, prise isolément, c a r a c t é r i 8 é par le fait que les tubes 2 sont fabriqués en aluminium.