Brevet FR2361612A1 — publié le 19780310

L'invention concerne un dispositif pour conduire à un point de consommation un fluide propre à servir de véhicule d'énergie thermique et pour transmettre à ce fluide une autre énergie de manière à augmenter son énergie thermique totale, sous la forme d'un tube propre à conduire ce fluide. Lorsqu'on utilise l'eau chaude pour chauffer de grandes surfaces (planchers, vestibules; entrées etc.) qui cèdent alors cette chaleur au loca, comme c'est le cas dans les chauffages centraux, ou qui rayonnent librement cette chaleur, et lorsqu'on chauffe de l'eau dite de consommation, pour des usages industriels, commerciaux et ménagers, la question de la production la plus économique de chaleur se pose chaque fois. Le chauffage de l'eau et la fourniture de cette eau chaude aux appareils utilisateurs qu'il s'agit de chauffer doivent etre prévus dès le début, lors de la construction des-bâtiments et installations. Cependant, il peut arriver souvent que pour de nombreuses raisons, un système de chauffage déterminé n'apparaisse plus aussi économique ou aussi efficace que lors de sa'conception ou de sa réalisation.Un exemple est celui des chauffages centraux classiques à mazout qui comportent encore une chaudière à eau chaude fonctionnant toute l année; l'augmentation du prix de l'agent de chauffage, donc ici, du mazout, a souvent influencé défavorablement l'économie de ces chauffages, de sorte qu'on a envisagé d'autres formes d'énergie. La préparation d'eau chaude au moyen d'électricité, dans les buts mentionnés plus haut ou encore pour le chauffage, pose également plus de problèmes actuellement que dans le passé, en ce qui concerne les frais et la fourniture d'énergie, étant donné le besoin d'énergie sans cesse croissant; également dans la fourniture d'énergie, il peut apparaître des goulets d'étranglement. Les installations d'utilisation de l'énergie solaire (installations de chauffage solaire), déjà en service çà et là, bien qu'elles tirent partie de l'énergie la moins coûteuse dont on dispose, ne peuvent fonctionner économiquement que dans des régions particulièrement appropriées, au moins jusqu a présent; surtout, notamment pour des raisons météorologiques, elles ne peuvent jamais être envisagées comme source unique de chaleur. I1 est plus sûr, à cet égard, d'utiliser la chaleur terrestre (sources chaudes etc.) mais elle n'est disponible qu'à des endroits déterminés. I1 est connu aussi de chauffer l'eau dans des pompes de chaleur qui tirent la chaleur soit d'un fluide en écoulement comme l'eau de source, l'eau de rivière, ou encore de l'air, ou qui tirent parti de la chaleur terrestre naturelle; toutefois, de telles installations ne conviennent qu'à de grands locaux. Cependant, lors de la construction d'un bâtiment ou d'une installation, il n'est pas économique de tourner cette incertitude quant à la source d'énergie thermique la plus économique à l'avenir selon l'époque, en prévoyant séparément des dispositifs parallèles pour le transport de différents véhicules d'énergie thermique, donc par exemple des câbles électriques et des conduites destinées à l'eau chauffée au moyen d'énergie thermique. Etant donné le double travail de pose, une telle installation en double entraîne un surcroît de dépense même lorsqu'il est déjà établi à l'avance que dans un court laps de temps, par exemple en 24 heures, ce sera régulièrement l'une des sources d'énergie, puis l'autre, qui fonctionnera le plus économiquement, par exemple parce que l'énergie électrique est temporairement moins coûteuse, aux heures à tarif favorable, que l'énergie thermique fournie par une installation de chauffage classique. C'est ici qu'intervient l'invention. Elle vise à éviter de devoir déterminer dès le début le véhicule d'énergie thermique pour le local à chauffer; il s'agit au contraire de fournir. un dispositif d'alimentation du consommateur en énergie thermique auquel on puisse raccorder la source d'énergie qui est momentanément la plus avantageuse, et même, au besoin, plus d'une source. Selon l'invention, ce dispositif du genre défini plus haut est caractérisé par le fait que le tube est muni de façon connue de moyens conducteurs de l'électricité, ces moyens étant formés d'au moins une couche calorifuge qui est semiconductrice de l'électricité dans une mesure telle qu'elle peut conduire un courant électrique d'une intensité suffisante pour chauffer le fluide contenu dans le tube. Etant donné-qu'un tel dispositif est propre à être raccordé pratiquement à toutes les sources d'énergie envisagées, il peut être fabriqué avec de grandes longueurs et donc econo- miquement, malgré sa structure un peu plus coûteuse que celle des dispositifs classiques. Cet Le couche semiconductrice peut être exécutée de différentes façons. Elle peut pat exemple être formée d'une matière synthétique extrudable appropriée, de préférence d'un polymère et d'une résine à base d'hydrocarbures insaturés, ce mélange étant rendu semiconducteur au moyen de noir de car- bone, de graphite et/ou de poudres métalliques.La couche peut aussi être une peinture conductrice formée d'une dispersion de noir de carbone, de graphite ou de poudre métallique dans une solution d'un liant organique, ou bien elle peut être formee d'une feuille de matière synthétique conductrice de-ltélectri- cité, les procédés d'application de la couche sur un tube iso- lant étant connus. Quatre exemples d'exécution du dispositif selon l'invention sont représentés par les dessins annexés. La figure 1 montre un dispositif sous la forme d'un tube formé exclusivement d'une couche semiconductrice 1 Le tube peut être utilisé comme un tuyau ordinaire, par exemple pour véhiculer de l'eau chaude ou froide, et être raccordé de façon correspondante Gracie à la couche semiconductrice, il est possible par exemple de chauffer de eau froide dans le tube, ou de maintenir au moins à la même température ulule ent. déjà chaude, si l'on raccorde la couche semiconductrice à une source de courant électrique L'énergie thermique absorbée par unité de temps peut être calculée comme suit : La résistance électrique R d'un corps ,- par exemple d'un fil métallique ou d'une couche semiconductrice, à section constante, est déterminée par l'équation RoeL dans laquelle P = résistivité (ohms.mm2/m) L = longueur A = section. Dans le corps, la puissance électrique est transformée par cette résistance en une puissance calorifique, la puissance électrique P étant donnée par la formule P = U.I. En appliquant la loi d'Ohm I = U/R on obtient pour la puissance calorifique l'équation suivante Cette puissance thermique entraîne une élévation de température du corps, donc, dans l'invention, de la paroi du tube ou de l'eau qui circule à travers le tube. Il faut tenir compte du fait que la puissance calori tique augmente en fonction du carre de la tension, de sorte que les hautes tensions donnent une puissance calorifique notablement plus grande. que les basses tensions. Comme on le -voit en outre par la figure 1, une partie du tube est déjà enveloppée d'un ruban 2 qui peut entre formé d'une feuille. Celui-ci doit être noir et on l'utilise là où le tube passe à travers ce qu'on appelle un collecteur solaire, dans lequel il est chauffé au moyen d'énergie solaire (chaleur solaire). Si le ruban doit etre noir, c'est pour la raison suivante. Lors de l'absorption du rayonnement qui atteint un corps, l'énergie de rayonnement se convertir en énergie ther mique. Selon la couleur et la nature du corps, une part plus ou moins grande du rayonnement qui l'atteint est absorbée.Or il est connu qu un corps noir absorbe presque complètement ce rayonnement. 1nsi,un tube enveloppé de feuille noire se comporte comme un absorbant dit idéal0 Des expériences ont montré que l'on peut atteindre sans difficulté, dans le tube, des températures d'eau attigna::t SO0C. On obtient d'ailleurs le même résultat si la couche semiconductrice 1 est déjà de couleur noire, au moins a sa surface, de sorte que l'on peut se passer de la feuille0 Naturellement, on peut aussi imaginer de fabriquer un tube formé en partie seulement de couche semiconductrice, de sorte que des tronçons d'unc telle couche alternent avec des tronçons d'autres matériaux Toutefois, cela est dicté par l'utilisation prévue et par le coût de la fabrication; en général, on fabriquera le tube tout entier avec la même matière, donc la couche semiconductrice, et on le coupera alors sur place à la longueur désirée La figure 2 montre un tube dans lequel une partie seulement de la section est formée de matière semiconductrice de l'électricité. La partie la plus intérieure 3 de la section, qui véhicule l'eau, est formée de matière synthétique entourée par la couche semiconductrice 1. Cette couche est entourée elle-même d'une gaine 4 qui peut être formée de n'importe quelle matière appropriée et qui isole la couche semiconductrice tout en la protégeant contre les dommages mécaniques. Comme la feuille de la figure 1, cette gaine doit être noire Le tube de la figure 3 a en principe la même structure que celui de la figure 2, mais présente encore deux fils de résistance électrique 5, 6. Ceux-ci sont dirigés parallèlement à l'axe longitudinal du tube et peuvent être séparés de la couche semiconductrice par une couche isolante 7. Si l'on veut augmenter la puissance de chauffage du fil de résistance par unité de longueur du tube, on peut enrouler au moins un de ces fils, par exemple le fil 6, selon la figure 4, autour de la partie 3. Avec des tubes de ce genre, il est possible soit de combiner différentes sources d'énergie, soit de les utiliser individuellement, soit, s'il se produit une variation des conditions de fonctionnement, de remplacer l'une des sources d'énergie par une autre. Ainsi, on peut chauffer, au moyen de l'énergie électrique amenée, de l'eau froide ou un autre véhicule de chaleur, par exemple de l'eau contenant de l'antigel, du glycol, une solution de sel ou un liquide semiconducteur, on peut également faire passer le tube à travers un collecteur solaire, ou on peut chauffer davantage, par l'énergie électrique amenée par la couche semiconductrice et/ou par les fils, une eau déjà chaude qui a été chauffée dans une première source de chaleur, par exemple dans une chaudière électrique ou dans un fourneau de chauffage central, ou du moins, la maintenir à sa température pendant qu'elle est conduite au consommateur. I1 est tout aussi facile d'incorporer un collecteur solaire, si le temps est favorable, que d'inclure une pompe de chaleur quand le collecteur solaire n'est pas utilisable. Ici, on peut réaliser de nombreuses possibilités qui n'ont pas besoin d'être mentionnées en détail. En tout cas, le dispositif déjà posé, susceptible d'utilisations diverses, assure à tout moment une liberté complète dans le choix de la source d'énergie thermique la plus avantageuse momenta nément. REVENDICATIONS 1) Dispositif pour conduire à un point de-consomma- tion un fluide propre à servir de véhicule d'énergie thermique et pour transmettre à ce fluide une autre énergie de manière à augmenter son énergie thermique totale soue la forme d un tube propre à conduire ce fluide dispositif caractérisé par le fait que le tube est muni de façon connue de moyens conducteurs de l'électricité, ces moyens étant formés d'au moins une couche calorifuge qui est semiconductrice de l1électrlcité dans une mesure telle quelle peut conduire un courant elec- trique d'une intensité suffisante pour chauffer le fluide contenu dans le tube. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'au moins une partie de la section du tube est formée d'une matière semiconductrice de l'électricité. 3) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le tube est formé exclusivement de matière semiconductrice de l'électricité. 4) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la partie de la section du tube qui véhicule le liquide est formée de matière synthétique entourée d'une couche de la matière semiconductrice. 5) Dispositif selon la revendication 45 caracteise par le fait que la couche est entourée d'une gaine noire. 6) Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que la matière semiconductrice est de couleur noire au moins à sa surface. 7) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5 > caractérisé par le fait que le tdbe est enveloppé extérieurement de feuille noire.