Brevet FR2467360A1 — publié le 19810417

La présente invention est relative à une chaudiere de chauffage domestique su industriel. Plus particulierement elle est relative à une chaudière de chauffage utilisant l'énergie électrique. Les appareils de chauffage actuels utilisant l'énergie electrique sont en général des appareils se présentant sous forme de radiateurs ou de convecteurs individuels. Dans le cas où ces appareils utilisent un fluide caloporteur, ce fluide est directement en contact d'une part avec les résistances de chauffage, et d'autre part avec l'atmosphère ex térieure. Ceci a pour consequence qu'une grande puissance de chauffe est nécessaire pour ce type d'appareil. En effet une différence de température importante existe entre le fluide caloporteur qui se trouve directement à proximité de la résistance , et le fluide caloporteur qui se trouve à proximité de la paroi exterieure de l'appareil, du fait des échanges thermiques de chaleur avec l'extérieur. Ainsi les variations de température du fluide caloporteur à l'intérieur de son enceinte sont importantes et localisées. Afin de maintenir la température minimum du fluide caloporteur à une valeur suffisante pour que l'appareil de chauffage joue son role dans les meilleures conditions, il est nécessaire de fournir au fluide caloporteur une grande quantite d'énergie sous forme d'énergie électrique. Dans l'enceinte contenant le fluide caloporteur, les échanges de chaleur entre la résistance et le fluide caloporteur se font à la surface des résistances qui est une surface réduite et limitée par la surface des résistances elles-mêmes. A ce niveau les échanges de chaleur se font donc dans de mauvaises conditions vu les variations de température du fluide caloporteur. Un des buts de la présente invention est de remédier à ces inconvenients en proposant une chaudière utilisant l'énergie electrique qui comporte deux fluides différents et indépendants. Le premier fluide est le fluide caloporteur, directement en contact avec les résistances de chauffage, et le second fluide s'échauffe au contact de l'enceinte contenant le fluide caloporteur et assure les échanges thermiques avec l'extérieur. De ce fait la température du fluide caloporteur est beaucoup plus régulière dans l'enceinte. Un autre but de l'invention est d'utiliser, pour échauffer le fluide caloporteur, des sources d'énergie naturelles ou de récupération. Dans ce cas l'énergie électrique est une énergie d'appoint vis-à-vis de ces autres sources d'énergie. Un autre but de l'invention est d'augmenter au maximum les surfaces d'echange de chaleur entre les différents fluides contenus dans la chaudière. La chaudière de chauffage selon l'invention, comportant un fluide caloporteur chauffé par des résistances électriques immergées dans ce fluide, est caractérisée par le fait qu'elle comprend deux enceintes l'une à l'intérieur de l'autre, la première enceinte, intérieure, contenant le fluide caloporteur et les résistances, le fluide de circulation chauffe circulant entre les deux enceintes. L'invention sera mieux comprise si l'on se réfère à la description ci-dessous ainsi qu'aux dessins annexés qui en font partie integrante. La figure 1 est une représentation générale de la chaudière de chauffage selon l'invention ; la figure 2 est une vue schématique en coupe par un plan vertical de la chaudière selon l'invention, destinee à expliciter le fonctionnement de la chaudière. La chaudière selon l'invention comprend une première enceinte de forme sensiblement parallélépipédique, à l'intérieur de laquelle se trouve une deuxième enceinte 2 également de forme sensiblement parallé lépipédique. L'enceinte intérieure 2 comprend un certain nombre de résistances horizontales placees à des hauteurs variables dans cette enceinte. Ces résistances de chauffage ont une forme allongée, et traversent l'in térieur de la deuxième enceinte sur toute sa longueur. Dans l'exemple illustré dans la figure 1, on a représenté trois résistances 18, 19 et 20. Ce nombre de résistances n'est pas limitatif. Ces résistances se trouvent superposées, à des hauteurs différentes à l'intérieur de l'enceinte 2. Une des extrémités de chaque résistance traverse la paroi la térale verticale 26 de la deuxième enceinte et la paroi latérale verticale 27 de la première enceinte débouchant ainsi vers l'extérieur. Les extrémites respectivement 21, 22 et 23 de ces résistances qui débouchent à l'extérieur permettent de réaliser le branchement électrique de ces résistances et de les accoupler avec leurs thermostats respectifs. La deuxième enceinte est traversée verticalement par des tubes obliques tels que 14 et 15. Ces tubes traversent la paroi horizontale supérieure et inférieure de la deuxième enceinte et débouchent dans l'es- pace qui est compris entre les deux enceintes. Ces tubes traversent la paroi supérieure de l'enceinte 2 de manière étanche, c'est-à-dire que l'intérieur de ces tubes n'est en communication qu'avec llespace compris entre les deux enceintes. Ces tubes sont disposés selon deux rangées en regard l'une de l'autre. Ils sont obliques, inclinés dans des plans paralleles aux faces 26 et 27 des deux enceintes. Ils sont plus éloignes des résistances dans le bas de la chaudière que dans le haut. De manière à augmenter la surface d'échanges entre la premiere enceinte et le fluide circulant entre les deux enceintes, les parois verticales de la première enceinte comportent des ailettes verticales, de section triangulaire telles que 28 et 29 ou sinusoldale. Deux tubes verticaux 8 et 11 traversant les faces supérieures des deux enceintes mettent en communication l'intérieur de la première enceinte avec une enceinte extérieure. Cette enceinte exterieure n'est pas représentée dans les figures. Le fluide caloporteur provenant de I!exté- rieur pénètre dans le tube 8 par son extrémité supérieure 10, et débouche au fond de la cuve par l'extrémité 9 de ce tube. Cette extrémité 9 se trouve située dans la cuve à un niveau plus bas que la plus basse résistance de chauffage. Le fluide caloporteur qui sort de la première enceinte par le tube 11 penètre dans ce tube par l'extrémité 13 qui est située au-dessus du niveau de la plus haute résistance. L'enceinte 2 est totalement entouree par la premiere enceinte. Cette première enceinte comporte sur la face opposée à sa face 27 trois tubes respectivement 5, 6 et 7. Ces tubes mettent en communication l'espace compris entre les deux enceintes avec l'installation extérieure de chauffage qui comporte par exemple des radiateurs, et permet ainsi la circulation du fluide réchauffe au contact de la deuxième enceinte dans l'installation. Le tube 7 est une sortie de fluide chauffé, et les deux tubes 5 et 6 sont des entrées de fluide à rechauffer, en retour de l'installation de chauffage. Afin de favoriser les echanges thermiques entre le fluide de circulation contenu entre les deux enceintes et l'extérieur, l'enceinte extérieure 1 comporte des ailettes verticales telles que 24 et 25 sur ses faces verticales 30 et 31. Selon l'invention deux modes de mise en oeuvre de la chaudière sont possibles. Dans le premier mode de mise en oeuvre l'enceinte inté rieure 2 est completement fermée, c'est-a-dire que les extrémités 10 et 12 des tubes 8 et 11 sont bouchées, ou que ces tubes 8 et 11 n'existent pas. Dans ce cas l'enceinte 2 contient en permanence un fluide caloporteur. Dans un mode de réalisation préférentiel, ce fluide est de l'huile. En effet ce fluide a un coefficient de dilatation tres faible, ce qui évite l'emploi d'un vase d'expansion. De plus l'huile présente une inertie importante, c'est-a-dire qu'elle se chauffe plus vite qu'elle ne se refroidit. Sa température d'ébullition est comprise entre 200 et 3000 ce qui permet d'effectuer les échanges de chaleur entre le fluide caloporteur et les résistances a une haute température. Dans l'espace compris entre les deux enceintes 1 et 2 se trouve le fluide de circulation. -Ce fluide est celui qui circule dans l'installation et échange la chaleur qu'il a emmagasiné lors de son passage dans la chaudiere avec l'extérieur. Ce fluide sort de la chaudière par le tube 7, et pénètre dans la chaudière par le tube 5 ou le tube 6. Dans la chaudiere il circule dans l'espace compris entre les deux enceintes et se réchauffe au contact de la paroi de la premiere enceinte. Afin d'augmenter la surface disponible d'échange de chaleur entre la première enceinte du fluide de circulation, la paroi de l'enceinte 2 comporte. des ailettes triangulaires. Dans le but également d'augmenter la surface d'échanges entre la premiere enceinte et le fluide de circulation, ce fluide peut traverser l'intérieur de la première enceinte par l'intermédiaire des deux rangées de tubes 14 et 15. Le mouvement de fluide de circulation qui se cree naturellement dans l'espace de circulation entre les deux enceintes fait que le fluide de circulation pénètre dans les tubes 14 par l'extrémité 17, et en ressort par l'extrémité 16. Afin d'augmenter encore les échan- ges de chaleur entre le fluide de la première enceinte et le fluide de la deuxième enceinte, ces tubes 14 et 15 ont éte places dans une position oblique. Dans la première enceinte, le fluide caloporteur rehauffe par les résistances 18, 19 et 20, et refroidi a proximité des parois de la premiere enceinte, va se mettre en mouvement. Au centre de l'enceinte, dans la plan vertical contenant les axes des résistances. ce mouvement est vertical ascendant. Le long des parois 26 et 27 le mouvement du fluide caloporteur est vertical descendant. Etant donné la présence de plusieurs résistances superposées, le fluide caloporteur s'échauffe a mesure qu'il nonte dans la premiere enceinte a proximité des résistances.L'obliquité des tubes 14 et 15 a pour but de créer des obstacles à ce mouvement ascendant, provoquant ainsi des échanges de chaleur à proximite des résistances entre le fluide caloporteur et le fluide de circulation qui passe dans les tubes 14 et 15. L'enceinte 1 comprend sur ses deux plus grandes faces verticales des ailettes du type 24 et 25. Ces ailettes ont pour but de favoriser les échanges de chaleur entre la première enceinte et l'extérieur. La chaudiere joue dans ce cas le rôle d'un radiateur. Les résistances etagees, dans le cas de la figure 1, repérées par 21, 22 et 23, ont une alimentation et un thermostat de mise en route indépendants. De ce fait il est possible de moduler la puissance de chauffage suivant les besoins. Ainsi suivant la température du fluide en retour de l'installation de chauffage,mesurée à proximité des entrées 5 et 6, un certain nombre de résistances sera alimenté électriquement afin de rechauffer le fluide de circulation par l'intermédiaire du fluide caloporteur. L'alimentation électrique des différentes résistances se fait selon un ordre préférentiel du bas vers le haut. Dans le cas d'une chau dière comportant trois résistances telles que celle qui est représentée, la premiere résistance alimentee electriquement est la résistance 23, puis la résistance 22 et enfin la résistance 21. Dans le cas d'une chaudiere comportant plus que trois résistances, ce sont les résistances de l'étage inférieur qui sont alimentées les premières, puis celles de l'étage intermédiaire et enfin celle l'étage superieur. L'alimentation électrique des résistances se fait par l'interme- diaire de thermostats, qui ne sont pas représentés en figure 1, et qui mettent en service les résistances selon la température du fluide de circulation en retour de l'installation de chauffage. A titre d'exemple non limitatif, on a obtenu de bons résultats avec une chaudière comportant trois résistances, le fluide caloporteur, de l'huile, étant maintenue entre 120 et 1600. La température de l'eau en sortie de la chaudière était de l'ordre de 90". La deuxième enceinte de la chaudière qui contient le fluide caloporteur peut également fonctionner en circuit ouvert. Dans ce cas la deuxième enceinte se trouve raccordee par l'intermédiaire des tubes 8 et 11 a une source d'énergie extérieure. Cette source d'énergie peut être une source naturelle ou une source de récupération. Par exemple on pourra raccorder la deuxieme enceinte de la chaudière à des panneaux solaires, une pompe à chaleur, aux circuits de refroidissement d'une machine, une source naturelle d'eau chaude. Cette source d'énergie extérieure apporte au fluide caloporteur de la deuxième enceinte sa quantité de chaleur principale. Les résistances électriques immergées dans la deuxième enceinte ne sont alors qu'une source de chaleur d'appoint, apportant au fluide caloporteur la quantite de chaleur nécessaire au bon fonctionnement de la chaudière. Ces résistances permettent egalement une modulation de la température du fluide caloporteur. Dans le cas d'une source d'énergie extérieure, le fluide caloporteur sort de la deuxieme enceinte par l'extrémité 13 du tube 11, circule a l'extérieur de l'enceinte, s'échauffe au contact de la source d'énergie extérieure. Le fluide caloporteur en retour de l'extérieur, pénètre dans la deuxieme enceinte par l'intermédiaire du tube 8, qui débouche au fond de l'enceinte en 9. L'extrémité 9 du tube 8 se trouve située dans l'enceinte endessous de la résistance la plus basse. De cette maniere le fluide caloporteur sortant de cette extrémité 9 sera réchauffe des sa sortie par la résistance 20. Cette disposition de l'extrémité 9 du tube 8 par rapport a la plus basse résistance fait que dès sa sortie du tube, le fluide caloporteur en provenance de l'extérieur sera mis en mouvement a l'intérieur de la deuxieme enceinte par son réchauffement a proximité de la resis- tance la plus basse. Si les autres résistances sont alimentées, ceci aura pour effet de réchauffer plus rapidement le fluide caloporteur et également d'accentuer le mouvement de ce fluide à l'intérieur de l'enceinte, ce qui favorise naturellement les échanges de chaleur entre le fluide caloporteur et le fluide de circulation. Le fluide caloporteur sort de la deuxième enceinte vers la source d'energie extérieure par l'extrémité 13 du tube 11. Cette extrémité est située au-dessus de la résistance de chauffage la plus haute. Naturellement le mode de mise en oeuvre décrit est donné à titre indicatif, et d'autres modes de mise en oeuvre pourraient être adoptés sans sortir pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Chaudière de chauffage domestique ou industriel, comportant un fluide caloporteur chauffé par des résistances électriques immergées dans ce fluide, caractérisee par le fait qu'elle comprend deux enceintes, l'une a l'intérieur de l'autre, la première enceinte, intérieure, contenant les résistances et le fluide caloporteur, le fluide de circulation chauffe circulant entre les deux enceintes. 2. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée par le -fait que l'enceinte intérieure contient plusieurs résistances horizontales, étagees, et indépendantes quant a leur alimentation electrique de manière à fournir une modulation du chauffage du fluide caloporteur. 3. Chaudiere selon la revendication 2, caractérisée par le fait que l'ordre de mise en service des résistances, se fait du bas vers le haut, des résistances inférieures étant alimentées les premières. 4. Chaudière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que l'enceinte intérieure fonctionne en circuit ouvert, c'est-à-dire que le fluide caloporteur est chauffé par une source d'énergie extérieure à la première enceinte, naturelle ou de récupération. 5. Chaudière selon la revendication 4, caractérisée par le fait que le fluide caloporteur chauffe à l'extérieur de la première enceinte, débouche dans cette enceinte sous la résistance de chauffage la plus basse. 6. Chaudiere selon la revendication 5, caractérisée par le fait que le fluide caloporteur sort de la premiere enceinte à un niveau situe au-dessus de la résistance de chauffage la plus haute. 7. Chaudière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que l'enceinte intérieure est traversez de haut en bas par des tubes dont l'intérieur, isolé de l'intérieur de la première enceinte, communique avec l'espace compris entre les deux enceintes, de manière à augmenter la surface d'échange. 8. Chaudière selon la revendication 7, caractérisée par le fait que ces tubes sont obliques, plus proches des résistances de chauffage dans le haut que dans le bas de l'enceinte. 9. Chaudiere selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la paroi de l'enceinte intérieure comporte des ailettes de section triangulaire afin d'augmenter la surface d'échange entre cette enceinte et le fluide de circulation. 10. Chaudière selon la revendication 1, caractérisee par le fait que l'enceinte extérieure comporte des ailettes qui favorisent l'échange de chaleur entre cette enceinte et l'extérieur.