Brevet FR2410239A1 — publié le 19790622

La présente invention concerne un échangeur de chaleur plan ou bidimensionnel destiné à être utilisé en particulier comme système de chauffage par le sol. Il existe déjà' divers systèmes de chauffage par le sol. Les systèmes de chauffage par le sol antiques des romains utilisaient de l'air chaud ou bien les gaz d'échappement de foyers brûlant du bois pour chauffer un sol en pierre et souvent en outre une paroi de local creuse. Ces modes de chauffage des locaux étaient très confortables, mais ils présentaient l'inconvénient d'exiger des moyens importants et d'être d'un prix trop élevé, en particulier pour des constructions comportant plusieurs étages. Les systèmes de chauffage par le sol plus récents utilisent de l'eau comme fluide caloriporteur. Cette eau s'écoule à travers des tuyaux ou conduites en matière plastique qui sont noyés dans la chape d'un sol ou plancher. Ces systèmes de chauffage paraissent devoir entraîner une faible corrosion et une faible probabilité d'endommagements ou de dégâts dus à des dilatations thermiques. Les systèmes de chauffage par le sol antérieurs comportant des tuyaux ou conduites en cuivre ou bien des conduites en fer galvanisé subissaient souvent une corrosion extraordinairement rapide, ou bien ces conduites se fissuraient par suite des dilatations différentielles des matériaux formant les conduites et le milieu dans lequel elles étaient noyées. Les réparations étaient ensuite extraordinairement coûteuses. Bien que les inconvénients les plus critiques soient presque éliminés, il en reste encore d'autres, à savoir 1. Le transfert de la chaleur entre les tuyaux en matière plas tique et le béton environnant et entre le béton et l'air du local laisse encore beaucoup à désirer. Pour obtenir les températures désirées à l'intérieur du local, il est nécessaire de prévoir pour ces nouveaux systèmes de chauffage par le sol des températures dans les conduites d'alimentation de 35'C et plus. Lorsqu'on a posé les tuyaux en matière plastique selon un pas plus serré, ce qui représente des moyens importants et par conséquent une dépense élevée, la température dans les conduites d'alimentation n'a pas pu être abaissée en fonction de l'investissement ou des moyens utilisés. Des températures de conduites d'alimentation plus faibles sont toutefois trs intéressantes, en particulier pour les systèmes de chauffage par l'énergie solaire et pour l'exploitation de la chaleur perdue qui autrement n'est pas utilisable. Les moyens requis dans le cas d'un chauffage par le sol connus sont toujours trop importants. On pose sur le sol en béton, qui a été réalisé sur la construction, une feuille de matière plastique. On fixe sur celle-ci des dispositifs de support destinés aux registres ou batteries de tuyaux en matière plastique. On coule ensuite sur ceux-ci une chape de quelques centimètres d'épaisseur et on la lisse. Les frais représentent F/m2 de 130 à 150 F/m lorsque la pose est terminée. Ainsi, les frais d'ensemble d'un système de chauffage par le sol de ce type sont en règle générale plus élevés que ceux correspondant à un chauffage au moyen de radiateurs muraux classiques. Le système de chauffage par le sol ne peut fonctionner qu'avec un liquide (en règle générale de l'eaux comme véhicule caloriporteur. L'utilisation sélective d'air comme fluide ou véhicule caloriporteur n'est pas possible à cause des sections étroites des tuyaux. L'avenir incertain du caractère économique et de la disponibilité des sources d'énergie (bois, charbon, pétrole, gaz, énergie hydraulique, énergie nucléaire) rend par ailleurs judicieux l'emploi de systèmes de chauffage pouvant etre adaptés facilement à différents véhicules énergétiques. Ceci peut etre rendu nécessaire également par divers véhicules caloriporteurs, par exemple l'eau et (ou) l'air. Les systèmes de chauffage par le sol connus comportant des tuyaux ou conduites et une gaine en béton ne peuvent pas être utilisés comme systèmes de chauffage par les murs ou cloisons. Le but de l'invention est de remédier aux inconvénients sus-mentionnés ou pour le moins de les réduire, et par ailleurs d'offrir la possibilité d'obtenir de nouveaux avantages. Lléchangeur de chaleur plan ou bidimensionnel suivant l'invention est caractérisé par le fait que l'écartement entre les axes des nervures est supérieur à la largeur de ces nervures et que le profilage s'étend selon des lignes parallèles et dans une seule direction. La description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés, donnés à titre non limitatif, permettra de mieux comprendre l'invention. La Fig. 1 est une vue en coupe transversale à travers un système de chauffage par le sol destiné i fonctionner avec de l'eau. La Fig. 2 est une vue en coupe transversale à travers un système de chauffage par le sol destiné à fonctionner avec de l'eau et (ou) de l'air. La Fig. 3 est une vue en coupe longitudinale par la ligne I-I en Fig. 2, avec le canal d'air situé à gauche. La Fig. 4 est une vue en coupe longitudinale analogue à la Fig. 3, mais avec le canal d'air situé à droite. La Fig. 5 est une vue en coupe verticale à travers un système de chauffage par les murs-ou cloisons. La Fig. 6 est une vue en coupe horizontale par la ligne III-III en Fig. 7 à travers un collecteur de toiture. La Fig. 7 est une vue en coupe à travers un collecteur de toiture. La Fig. 8 est une autre vue en coupe faite à travers un collecteur de toiture. Sur la Fig. 1 on a désigné par la référence 1 un sol en béton. Des bandes de lige ou des lattes de bois 2 sont placées sur celui-ci selon des écartements de 80 cm environ et une t31e à profilage trapézoldal galvanisée 3 est posée sur ces bandes ou lattes. On introduit entre les lattes 2 et entre les nervures 4 des tôles à profilage trapézoNdal une matière isolante durcissante, par exemple du béton isolant. Les tuyaux ou conduites 5 sont entourés de fines particules métalliques 6 en vue d'assurer une bonne conductibilité thermique avec la tôle d profilage trapézoldal 3. De leur côté, les particules métalliques sont enrobées dans une mince couche de ciment. Les gouttières formées par les nervures sont, au-dessus des éléments indiqués, comblées avec un mélange de sable et de ciment. Une colle est appliquée à la racle ou au couteau sur la tôle à profilage trapézoïdal et un revêtement de sol en nylon 14' d'une épaisseur de 2 mm est posé sur la colle. On décrira ci-aprbs d'autres modes de réalisation. Sur la Fig. 2, la référence 10 désigne le sol brut sur lequel repose une isolation formde par exemple par des plaques de liège 11. Ces plaques supportent les tôles à profil trapézoï- dal 12 muniesde nervures 14. Des tuyaux ou conduites 5' noyés dans de fines particules métalliques sont logés dans les dépressions ou gouttières formées par les nervures. De leur côté, les particules métalliques sont enrobées d'une étroite couche d'adhésif. Au-dessus de ces éléments, les dépressions ou gouttitres formées par les nervures sont remplies avec un mélange de sable et d'adhésif. On colle ici encore sur les tôles à profilage trapézoïdal un revêtement de sol, par exemple des dalles de parquet 14. De l'air chaud peut être acheminé dans les intervalles en forme de canaux 15 ménagés entre les nervures 13 des tôles.On peut également, avec ce mode de réalisation, chauffer le sol aussi bien avec de l'eau chaude passant dans les tuyaux 14 qu'au moyen d'air chaud. La transmission de chaleur est remarquable et l'inertie est faible par suite d'un pouvoir réduit d'accumulation de chaleur. Le chauffage peut être assuré sélectivement ou bien simultanément avec de l'eau chaude et avec de l'air chaud. On a illustré sur la Fig. 3 une vue en coupe par la ligne I-I en Fig. 2 montrant l'entrée des canaux. Un ou plusieurs canaux distributeurs 16 ménagés dans l'isolation amènent l'air chaud aux canaux 15. Les extrémités des nervures sont coupées en biseau, comme indiqué en 13', afin de pouvoir loger le coude des tuyaux dans le canal 16'. Il est prévu, entre la paroi et les extrémités des tôles 12, un intervalle qui peut avoir par exemple 2 mm, afin de permettre la dilatation de la tôle. Le joint correspondant à cet intervalle est recouvert par une plinthe 18. La Fig. 4 est une vue en coupe par la ligne II-II en Fig. 2, montrant le canal de retour 18, qui est analogue au canal 16. L'air maintenant quelque peu refroidi s'écoule des canaux 15 dans le canal collecteur 18. A cet endroit, l'intervalle normalemept réduit- 17 est un peu plus grand, afin que l'air puisse s'échapper avec un effet de buse en franchissant la plinthe réglable 19. Cette réalisation particulière peut être avantageuse par exemple pour les piscines couvertes. Dans de tels cas, il est judicieux de maintenir les faces vitrées dans une condition sèche par de l'air chaud ascendant. Autrement, on prévoit normalement à cet endroit une plinthe ordinaire. D'une façon générale, l'échangeur de chaleur plan ou bidimensionnel faisant l'objet de l'invention peut être utilisé à la fois comme système de chauffage par le sol et comme système de chauffage par les murs et-par le plafond. Il peut être agencé de manière à fonctionner comme système de chauffage à eau chaude ou comme système de chauffage par l'air, ou simultanément de ces deux manières. Il peut également servir à des fins de refroidissement. La solution la moins coûteuse est le chauffage par l'air chaud, c'est-à-dire sans utiliser les tuyaux 5, 5'. Les dépressions ou gouttières ménagées par les nervures sont dans ce cas remplies d'un mélange de sable et de ciment peu coûteux (Fig. 2 - 4). Le système de chauffage par le sol suivant la Fig. 1 est un peu plus coûteux, car des tuyaux ou conduites doivent être posés. Ceux-ci peuvent etre avantageusement en une matière plastique connue qui s'est révélée très appropriée pour cette application. De tels tuyaux ne peuvent pratiquement pas subir de corrosion et les ruptures de tuyaux ne sont pas à craindre par suite de la faible température des conduites d'alimentation et du fait de l'élasticité du matériau. La pose des tuyaux ou conduites n'exige pas de grande précision. Avant la pose, on peut introduire dans les dépressions ou gouttières en tôle une petite quantité du mélange de métal et de ciment. Ensuite, les tuyaux ou conduites 5 sont posés et maintenus éventuellement avec des poids. On introduit alors le reste du mélange de métal et de ciment et on enlève le surplus au moyen d'une racle, juste au-dessus du tuyau.Les dépressions ou gouttières sont ensuite remplies avec un mélange de sable et de ciment et on enlève le surplus par raclage. Si l'on entoure les tuyaux avec un mélange de métal et de ciment, ce qui est très favorable du point de vue prix de revient, par exemple en utilisant de la limaille ou des déchets de sciage fins, qui le plus souvent peuvent être obtenus sans frais auprès des entreprises, on peut l'utiliser pour remplir complètement les dépressions ou gouttières sans prévoir de mélange de sable et de ciment. Après durcissement du mélange de métal et de ciment, on peut alors poser le revêtementde sol final, par exemple du linoléum, un tapis, des carreaux céramiques ou des carreaux ou dalles en pierre. D'une façon avantageuse, on utilise des matériaux en couche mince ou présentant une bonne conductibilité thermique. Les tuyaux peuvent être posés sous forme de batteries de tuyaux ou selon des trajets sinueux ou en méandres. Selon la construction d'ensemble du système de chauffage, on peut utiliser des tuyaux ou tubes en cuivre et en acier ou en aluminium. Le technicien aura la charge de déterminer la corrosion, la résistance aux températures, etc ... et de choisir de façon correspondante le matériau utilisé dans chaque cas particulier. De même, les tôles profilées peuvent être en un métal approprié. On peut utiliser l'échangeur de chaleur décrit ciavant non seulement pour le chauffage par le sol, mais aussi pour le chauffage par les murs. Toutefois, on utilise avantageusement dans le cas d'un système de chauffage par les murs, au lieu d'une tôle à profilage trapézoïdal, un profil de tEle du type visible sur les Fig. 5, 6, existant dans le commerce sous la dénomination HOLORIB ou MONTANARIB. D'une manière analogue à celle représentée sur les Fig. 1 et 2, des tuyaux 5 sont fixés dans les nervures 4'. Un autre mode de réalisation est représenté sur la Fig. 5. Dans ce cas, les nervures ne sont pas complètement remplies, mais il demeure des joints ou creux. La fixation des nervures en queue d'aronde sur le mur ou la cloison de la construction ne soulève pas de difficultés pour le technicien. Par exemple, des cornières en tôle 20 fixées sur le mur ou la cloison de la construction reçoivent dans des découpes 21 les nervures 22, et la fixation a lieu par coincement après accrochage au moyen de coins ou clavettes 23. Le mur chauffant ou la cloison chauffante peut être entouré d'un cadre 24 ayant en coupe transversale une forme en U. Si l'on désire obtenir une bonne convection et si le mur ou la cloison de la construction est bien isolé, une isolation thermique n'est pas nécessaire entre ce mur ou cette cloison de la construction et l'échangeur de chaleur. L'air du local peut alors venir baigner ou lécher les faces avant et arrière de l'échangeur de chaleur. L'échangeur de chaleur peut également être utilisé comme collecteur d'énergie solaire ayant un bon rendement. La Fig. 6 est une vue en coupe par la ligne III-III en Fig. 7, qui montre l'échangeur de chaleur utilisé comme toiture. D'une manière analogue à celle visible sur la Fig. 5, des tôles 30 du type HOLORIB sont associées à des tuyaux 5 logés dans les nervures, celles-ci étant encrantées dans ce cas dans des supports élastiques 31. La surface extérieure de la tôle, orientée vers le soleil, est de couleur foncée, ou bien elle est munie d'un revêtement présentant un caractère sélectif vis-à-vis du rayonnement solaire. Les revêtements à effet sélectif absorbent particulièrement bien le rayonnement solaire et n'émettent qu'un faible rayonnement, en particulier dans la bande des infrarouges. Les supports 31 sont vissés sur les pannes 32 au moyen de gabarits.Les écartements des pannes représentent environ 80 à 120 cm. On a indiqué en 33 la position d'une tôle de rive et en 34 l'isolation thermique. Les collecteurs sans recouvrement atteignent en hiver des températures de marche sans charge de 55-C et en été de 750C. Si des températures plus élevées sont désirées, on peut rapporter au-dessus de la toiture un recouvrement en matière plastique ou en verre. Le rendement tombe toutefois alors quelque peu par suite de l'absorption et de la réflexion par ces matériaux de recouvrement. Les Fig. 6 ib 8 montrent à titre d'exemples un recouvrement en verre formé de profilés en verre 35 entre lesquels un intervalle due 2 mm doit être ménagé pour les joints d'étanchéité et pour permettre la dilatation thermique. Ces profilés en verre, connus sous la dénomination commerciale PROFILIT, servaient jusqu'ici de cloisons en verre dans les halls industriels et les gymnases. Ils sont utilisés aussi bien comme parois simples que comme doubles parois. Les joints sont rendus étanches à l'aide d'une matière d'étanchéité à élasticité permanente. D'une façon analogue à ce qui est le cas dans les cloisons en verre connues, les profilés en verre sont fixés simplement à leurs extrémités (Fig. 7 et 8).Selon la charge due à la neige et à la pression du vent, on dispose de divers types de profilés, d'une largeur de 50 cm, 30 cm et 25 cm, et également de différentes hauteurs d'ailes et d'épaisseurs de paroi. Le recouvrement en verre et le collecteur solaire forment ensemble un double toit réel. Si un joint 36 se mettait à fuir, l'eau pénétrant dans le toit s'écoulerait alors sur le collecteur sans entraîner de dommages. Si l'on utilise des largeurs de profilés en verre correspondant au pas des nervures du profilé métallique, l'agencement peut être réalisé de telle sorte (voir la Fig. 6) que les ailes prennent appui au voisinage des nervures des profilés en tôle. Il est possible sans difficulté d'adapter également d'autres recouvrements en verre connus. Il est encore possible d'utiliser des profilés en matière plastique, ou bien de combiner les deux matériaux. Le recouvrement peut être fixé directement sur le collecteur, ou bien au moyen de profilés qui facilitent la fixation. Le collecteur selon la Fig. 6 convient particulièrement bien comme appui de balcon ou encorbellement, en étant muni alors d'une isolation thermique appropriée. Les Fig. 7 et 8 montrent la fixation d'un recouvrement en verre sur un collecteur de toit. On a indiqué sur la Fig. 7 un mode de fixation sur le bord inférieur du toit. A cet endroit, un profilé en tôle résistant 36 fixé par vissage sur la panne 32 maintient le profilé en verre 35. Un joint d'étanchéité à élasticité permanente est prévu en 37. D'une manière analogue, sur la Fig. 8, un profilé 38 maintient fermement le recouvrement en verre et en même temps également le chapeau faitier 39. Ce collecteur d'énergie solaire peut être utilisé comme revêtement de toitUre-ou comme façade. Mais il peut également être utilisé comme revêtement de parcs de stationnement, de trottoirs, de terrasses ou de chaussées. Dans ces derniers cas, il est avantageux d'enduire la tôle avec une matière "tenace' par exemple avec une peinture époxy de couleur foncée. A cet effet, on notera que des peintures époxy appropriées supportent un million de passages avant de présenter les premières traces d'usure. L'isolation thermique arrière peut être réalisée avantageusement avec du béton isolant, en particulier avéc un béton renfermant des billes de polystyrène. Celui-ci sert en même temps à la fixation. On examinera maintenant la masse ou matière servant à la fixation des tuyaux ou conduites. Cette masse doit être bonne conductrice de la chaleur pour assurer la conduction de chaleur entre le tuyau et la tôle. Elle doit durcir suffisamment rapidement, être d'un prix de revient favorable, s'opposer à la corrosion et fournir une bonne liaison mécanique. De fines particules métalliques, principalement de la limaille et desdéchets de sciage, conviennent particulièrement bien pour autant qu'ils ne soient pas torsadés. Des mélanges de particules d'aluminium avec des résines époxy conviennent bien, la proportion de résine devant demeurer faible. D'autres polymères à plusieurs constituants conviennent également. Le ciment convient également comme additif aux particules métalliques. Toutefois, une addition d'accélérateur de durcissement et de matière plastique améliorant l'élasticité et le caractère adhésif est avantageuse. Une matière ou masse également très favorable du point de vue du prix est formée par un mélange de particules de fer et de bitume. L'enrobage en bitume empêche la corrosion du fer et fait adhérer les particules de la même manière que le sable dans la construction des routes. On utilise avantageusement des émulsions froides, à la fois du type des émulsions aqueuses et du type à dilution avec un alcool. Les avantages de l'invention résident dans les faibles frais d'investissement, dans un transfert de chaleur amélioré, dans de faibles températures de conduites d'alimentation et dans de faibles frais d'entretien. Lors de l'utilisation de tuyaux en matière plastique au lieu de tuyaux en métal, la pro babillé de corrosion est presque complètement éliminée. Ceci est avantageux en particulier dans les installations de chauffage dans lesquelles le véhicule caloriporteur s'écoule à travers divers matériaux et lorsqu'il en résulte en conséquence un gradient électrolytique. Des tuyaux en matière plastiaue permettent également l'adjonction à l'eau d'additifs anti-gelss par exemple le glycol et le sel. En ce qui concerne les frais d'une telle installation, un système de chauffage à air chaud analogue à celui visible sur la Fig. 2, sans tuyaux ou conduites, revient à l'état posé à environ 80 F/m2. Par comparaison, un système de chauffage classique par le sol avec tuyaux noyés dans une chape en ciment 2 revient à 135 - 150 F/m Un système de chauffage par le sol suivant l'invention du type visible sur la Fig. 1, avec tuyaux en matière plastique, revient à l'état posé à environ 120 F/m2. Des collecteurs d'énergie solaire suivant l'invention analogues à celui représenté sur la Fig. 6, mais toutefois sans recouvrement en verre, coûtent à l'état posé, sans isolation, environ 150 F/m2. Des collecteurs d'énergie solaire suivant l'invention, du type visible sur la Fig. 6, avec recouvrement en verre, coûtent à l'état posé sans isolation, environ 255 F/m2. Des collecteurs d'énergie solaire suivant l'invention pour terrasses, trottoirs, etc ... reviennent à l'état posé, 2 avec l'isolation, à environ 160 F/m Des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisations décrits, dans le domaine des équivalences techniques, sans s'écarter de l r invention. REVENDICATIONS 1.- Echangeur de chaleur plan ou bidimensionnel comportant une ou plusieurs tôles profilées avec nervures, caractérisé en ce que l'écartement entre les axes des nervures (4) est supérieur à la largeur des nervures et en ce que le profilage est parallèle et disposé dans une seule direction. 2.- Echangeur de chaleur plan suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les nervures (4) présentent une section droite sensiblement en forme de V, trapézoïdale ou en queue d'aronde, et en ce que le reste de la surface de la tôle se trouve dans un plan. 3.- Echangeur de chaleur plan suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est prévu, dans les nervures (4, 22), des tuyaux ou conduites (5) qui sont fixés dans ces nervures au moyen d'une masse ou matière (6) présentant une bonne conductibilité thermique, en vue du transfert de chaleur du véhicule caloriporteur à la tôle (3), en particulier au moyen d'une masse (6) renfermant de fines particules métalliques et un liant. 4.- Echangeur de chaleur plan suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les particules métalliques sont constituées par des déchets provenant de l'usinage de métaux et en ce que le liant renferme des matières plastiques à plusieurs constituants, en particulier du type subissant une polymérisation. 5.- Echangeur de chaleur plan suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les particules métalliques sont constituées par des déchets et en ce que le liant renferme du ciment. 6.- Echangeur de chaleur plan suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les tuyaux ou conduites (5) sont en matière plastique, en particulier en polyéthylène réticulé. 7.- Echangeur de chaleur plan suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est fixé au moyen de supports élastiques (31). 8.- Echangeur de chaleur plan suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est muni d'un recouvrement transparent, en particulier de profilés en verre munis de parties en forme d'U qui présentent sur leurs bords longitudinaux des ailes de raidissement. 9.- Application de l'échangeur de chaleur plan suivant la revendication 1 dans la construction. 10.- Application de l'échangeur de chaleur plan suivant la revendication 9, caractérisé en ce qu'il est utilisé cosse système de chauffage par le sol fonctionnant à l'air chaud, les nervures (4) des tôles étant dirigées vers le bas, les intervalles (15) entre les nervures constituant des canaux de passage d'air débouchant dans des canaux répartiteurs et collecteurs (16). 11.- Application de l'échangeur de chaleur plan suivant la revendication 9, caractérisé en ce qu'il est utilisé comme collecteur d'énergie solaire. 12.- Application de l'échangeur de chaleur plan suivant la revendication 9, caractérisé en ce qu'il est utilisé comme collecteur d'énergie solaire et comme revêtement de surface permettant la marche ou le passage de véhicules, en particulier pour trottoirs, terrasses et parcs de stationnement.