Brevet FR2510241A1 — publié le 19830128

La présente invention est du domaine des appareils de chauffage électrique à accumulation de chaleur dans lesquels la chaleur dégagée par des résistances est accumulée dans des éléments, ou brigues, en matériaux réfractaires durant de préférence des périodes pendant lesquelles l'énergie électrique est fournie à tarif réduit, et est restituée à la demande. Elle a pour objet une structure d'un tel dispositif, des éléments particuliers d'accumulation permettant de réaliser ladite structure et un procédé permettant l'utilisation optimale d'un tel dispositif. Dans les appareils de types connus du demandeur, les résistances électriques permettent de réchauffer un noyau de briques réfractaires en utilisant en priorité l'énergie électrique fournie au tarif réduit dit "heures creuses", avec possibilité automatique de reprise de courant électrique à tout moment, si la charge restante accumulée s'avère insuffisante pour faire face aux besoins demandés. Dans les appareils de ce genre, l'importance de l'accumulation se trouve réglée de deux façons générales : soit par un thermostat d'ambiance en fonction de la température du local à chauffer, soit par une sonde extérieure avec régulation en fonction de la température extérieure. La restitution de chaleur est réalisée selon deux processus simultanés -: par une décharge statique incontrôlée, due à une certaine quantité de chaleur ayant traversée l'enveloppe isolante et par une décharge dynamique contrôlée par un thermostat d'ambiance qui commande le fonctionnement d'une turbine tangentielle dont le flux d'air est dirigé sur des canaux de ventilations aménagés à l'intérieur du noyau d'accumulation. Les résistances de chauffe sont placées soit dans un canal de ventilation, soit dans un logement spécial au coeur du moyen d'accumulation. Lorsqu'elles sont placées au coeur du noyau d'accumulation, le rendement de la relance qui s'effec- tue au tarif plein se trouve très mauvais, car la chaleur produite doit d'abord s'accumuler dans le noyau avant d'être extraite par la ventilation. Lorsqu'elles sont placées dans le canal de ventilation, le rendement est meilleur car la chaleur produite pendant la relance est en majorité extraite par la ventilation. Cependant, certaines dispositions de résistances font qu'une partie de la chaleur produite pendant la relance se trouve inutilement captée par le noyau accumulateur. Très souvent, les dimensions du canal de ventilation font que la surface d'échange thermique est trop faible pour permettre l'extraction rapide de la totalité de la chaleur accumulée. La relance est commandée-par deux organes principaux un un thermostat d'ambiance à deux étages, lorsque- la tempéra- ture d'ambiance devient inférieure de 10 à 20 à la température désirée - une sonde extérieure, lorsque la température extérieure atteint un seuil-théorique au delà duquel l'accumulation de la nuit précédente et la chaleur restante dans l'appareil ne doivent plus suffire pour faire face aux déperditions. La présente invention propose un dispositif permettant de remédier aux indonvénients précités et s'assigne les buts principaux suivants : simplifier l'erec- tion et l'entretien d'un dispositif de chauffage électrique à accumulation, permettre pour une quantité de chaleur demandée par l'ambiance, une utilisation minimale de la relance jour. . Selon la présente invention, un dispositif de chauffage électrique à accumulation de chaleur mettant en oeuvre des résistances électriques, notamment de forme tubulaire, pour produire la chaleur et des éléments d'accumulation enmatériaux réfractaires pour accumuler la chaleur et la restituer, est principalement caractérisé en ce qu'au moins deux desdits éléments d'accumulation constituent les parois d'un couloir de passage de l'air caloporteur, ledit couloir étant sensiblement parallélépipèdique, et en ce que lesdites résistances électriques s'étendent d'un coté à l'autre dudit couloir, d'ou il résulte, d'une part, que dans le cas où l'air caloporteur circule dans le couloir, et simultanément les résistances chauffent, la chaleur dégagée par les résistances est en quasi totalité accaparée par l'air en circulation, d'autre part, une grande simplicité de construction et d'entretien du dispositif. Suivant une forme particulière préférée de réalisation, la face d'un élément d'accumulation délimitant ledit couloir, dite face interne, est une face de forme substantiellement plane mais ondulée, la direction dite longitudinale des ondulations étant parallèle à la direction d'écoulement de l'air caloporteur et lesdites résistances tubulaires sont disposées parallèlement a ladite face suivant une direction dite transversale perpendiculaire à la précédente. Les ondulations ont deux fonctions ; en premier lieu, elles permettent d'augmenter la surface d'échange entre la brique et l'air en circulation ; en second lieu, etant disposees perpendiculairement aux résistances tubulaires, elles permettent, avec un rapprochement maximal des faces internes des éléments contre les résistances, le passage de L'air entre cette face et les résistances. La disposition des ondulations telle que ci-dessus décrite doit être comprise comme étant une disposition optimale mais non limitative des caractéristiques de l'invention ; en effet, on pourrait concevoir, sans sortir de l'esprit de l'invention, des ondulations circulaires ou divers autres reliefs remplissant des fonctions analogues à celles des ondulations longitudinales. De même le choix de la forme des résistances, optimale dans le cas des 3ésistances de forme tubulaire, doit être aussi compris comme étant non limitatif de la portée de l'invention. Un dispositif de chauffage de l'invention répondant aux caractéristiques générales précitées comprend essentiellement un socle formant assise sur le sol et incorporant une turbine de ventilation et un bypass à bilame, au moins un étage d'accumulation, chaque étage d'accumulation étant constitué d'au moins deux groupes d'éléments d'accumulation, disposés dos à dos, chaque groupe étant lui-même composé de deux éléments disposés face à face, au moins un élément dit de recouvrement ayant une forme.générale évidée en U renversé, ledit élément étant disposé au-dessus d'un couple de groupes d'éléments, les couloirs de passage d'air débouchant dans ledit élément de recouvrement. Il apparaît ainsi le caractère modulaire d'un dispositif de l'invention puisqu'il suffira pour augmenter la puissance ou la capacité d'accumulation du dispositif d'empiler des étages successifs de groupes d'éléments d'accumulation sur un socle standard et de recouvrir finalement l'empilement à l'aide d'un ou plusieurs éléments de recouvrement. Suivant une forme préférée de réalisation d'un élément d'accumulation ou brique réfractaire entrant dans la ùonstitution d'un dispositif tel que ci-dessus décrit, une telle brique a la forme générale d'un parallélépipède rectangle plein-.aplati et ondulé sur l'une de ses grandes faces ; cette face ondulée dite face interne comporte une plu ralité de pions tronconiques dépassant au-dessus- du sommet des ondulations d'une longueur supérieure au diamètre d'une résistance; Ces pions ont pour fonction d'espacer ou de maintenir un certain espacement entre les facesen regard des briques, et simultanément de permettre le guidage des résistances lors de leur insertion dans le dispositif, et leur maintien en bonne place entre les briques ; c'est à travers ces fonctions que doit être considérée la forme non limitative sus-indiquée de ces- pions. De manière à n'avoir qu'une seule forme standard de brique, dite brique de base, ces pions sont groupés par deux, les pions de chaque groupe étant distants l'un de l-'autre suivant la direction longitudinale, d'au moins la largeur d'une résistance, et étant décalés l'un par rapport à l'autre suivant la direction transversale d'au moins la largeur d'un pion. De préférence encore, au moins deux groupes de pions sont alignés suivant ladirection transversale et au moins deux groupes de pions sont alignés suivant la direction longitud-inale ; de préférence enfin, la distance (largeur) séparant le sommet du fond voisin d'une ondulation suivant la direction transversale est sensiblement égale à la distance séparant les sommet de ce fond suivant une direction (profondeur) perpendiculaire à la première. On va décrire enfin une disposition particulière de la régulation avantageusement combinable avec un dispositif de l'invention tel que ci-dessus décrit. On entend par régulation un procédé, et ses moyens électro-mécaniques ou électroniques de mise en oeuvre, permettant de faire fonctionner un dispositif dans des conditions déterminées.Dans le cas du chauffage électrique à accumulation un procédé connu consiste à déclencher le chauffage des résistances durant les périodes de fourniture de l'électricité à tarif réduit jusqu'à obtention d'une température maximale des éléments d'accumulation et à déclencher la restitution de chaleur lors d'un franchissement d'un seuil bas d'un thermostat d'ambiance ; il consiste également à déclencher le chauffage durant les périodes dites à plein tarif dans le cas où la température d'ambiance descend au-dessous d'un certain seuil, ce déclenchement étant dit "de relance-jour".Selon la présente invention, un tel procédé est caractérisé en ce qu'en outre le déclenchement de relance-jour est subordonné à un thermostat à deux seuils, respectivement haut et bas, placé dans le conduit de sortie de l'air chaud, seuils dont le franchissement vers le bas commande, pour le seuil haut, le chauffage d'une partie des résistances du dispositif et, pour le seuil bas, le chauffage de la totalité de celles-ci. De façon plus précise, la régulation de charge est obtenue à partir d'un thermostat d'ambiance préréglé par l'installateur qui commande la mise sans tension possible des résistances dès que l'horloge ou signal EDF du tarif des heures creuses est donné. L'accumulation est tributaire de la température maximum du local obtenue sans faire appel à la ventilation, ainsi que d'une sécurité thermique coupant toute alimentation lorsque la charge maximum admissible par l'appareil est atteinte. La restitution dynamique est commandée par un thermostat d'ambiance dont le réglage est laissé aux soins de l'utilisateur. La relance de jour est commandée par un thermostat préréglé par l'installateur. Ce thermostat a la particularité d'être place dans l'orifice de sortie du canal de ventilation et d'agir dans un premier temps sur une partie des résistances et dans un second temps sur la totalité des résistances . Ce thermostat sera réglé de façon à ne commander la relance, que lorsque les calories seront inférieures aux déperditions du local. Cette relance se faisant en deux temps afin de ne pas demander immédiatement une puissance trop importante et peut-être inutile, et à ne pas surcharger l'ensemble de l'installation électrique du logement en période de jour. Connnaissant les déperditions du local et le débit de la turbine d'extraction, il sera facile d'obtenir la température à laquelle le thermostat de relance devra être réglé.Du fait de son emplacement, le thermostat ressentira au plus vite l'effet de la relance qui ne pourra avoir lieu que simultanément à la ventilation, la phase commandant la relance étant celle commandant la ventilation en sortie du thermostat d'ambiance. Ce système permet de profiter au mieux des calories restant accumulées même si celles-ci ne sont pas suffisantes pour faire face aux besoins du moment, et de provoquer des relances intermittentes, qui du fait de la disposition particulière des résistances, font que la consommation en-dehors des heures creuses se trouve réduite au strict nécessaire. On peut intercaler sur l'alimentation des résistances, un relais décaleur, qui, tenant compte de la charge restante, commandera le début d'accumulation un certain temps après la mise en service des heures creuses et permettra de bénéficier d'une plus grande disponibilité de puissance générale pour d'autres appareils ménagers, à une période de la journée où l'activité interne des habitations est encore dense. I1 est possible de faire agir un relais de délestage sur partie seulement des résistances tant en période de jour que de nuit. -La turbine de ventilation sera dotée d'un by-pass permettant au moyen d'un bilame de diriger dans le canal de ventilation, la quantité d'air nécessaire pour obtenir après mélange avec l'air sorti en direct, une température régulière de la totalite de l'air extrait. La présente invention sera mieux comprise et des détails en relevant apparaîtront à la description qui va être faite d'une forme particulière de réalisation en relation avec les figures des pianches annexées dans lesquelles La fig.l est une illustration en perspective d'un élément d'accumulation/ ou brique réfractaire, de forme standardisée, La fig.2 est une illustration sché-matique vue en coupe par dessus d'un dispositif de chauffage de l'invention mettant en oeuvre une brique de la fig.1, La fig.2a est une représentation partielle à plus grande échelle montrant un détail de à fig.2, La fig.3 est une illustration schématique en coupe verticale d'un dispositif de l'invention à deux étages, et La fig.4 est une-vue analogue de face du même. Sur la fig.l un élément d'accumulation en matériau réfractaire, dite brique de base standardisée 1 a la forme générale d'une parallélépipède rectangle plein et aplati, son épaisseur étant notablement plus faible que sa longueur ou que sa largeur, sans que les proportions représentées soient limitatives de l'invention ; sa face dite interne, faisant face au lecteur, dans le cas de la figure, est une grande face et elle est ondulée. I1 est visible sur le diagramme accompagnant la figure que la distance (largeur d) séparant le sommet du fond voisin d'une ondulation suivant la direction transversale (flèche 2) est sensiblement égale à la distance (profondeur d') séparant le sommet de ce fond suivant une direction (flèche 3) perpendiculaire à la première. La face interne de la brique comporte une pluralité de pions troncôniques tels que 4dépassant au-dessus dù sommet des ondulations d'une longueur sensiblement supérieure à la largeur d'une résistance 5, comme cela est bien visible sur la fig.2a. On remarque aussi sur la fig.1 que les pions 4 sont groupés par deux ; les pions de chaque groupe sont distants l'un de l'autre suivant la direction-longitu- dinåle (flèche 6 qui est aussi la direction des ondulations3 d'au moins la largeur d'une résistance ; les pions de chaque groupe sont aussi décalés l'un par rapport à l'autre suivant la direction transversale (flèche 2) d'une distance supérieure à la largeur d'un pion. Dans le cas de la brique de la fig.l trois groupes de pions sont alignés suivant la direction longitudinale 6, chacun des trois groupes étant aussi aligné avec un autre groupe identique suivant la direction transversale 2 ; la face interne de la brique de base comporte donc six groupes de pions. On comprendra aisément que si l'on met en regard les faces internes des deux briques appliquées l'une contre l'autre les pions de chaque groupe d'une brique s'imbriqueront avec les pions correspondants d'un groupe de l'autre brique ; cette imbrication est illustrée schématiquement sur la fig.4 ; suivant ce qui a eté dit précédemment sur l'espacement des pions, une résistance tubulaire pourra passer transversalement au milieu des groupes de pions alignés. Sur les fig.2,3 et 4 un dispositif de chauffage élect-rique-à accumulation est constitué essentiellement de deux étages de briques réfractaires entourant leur résistance de chauffe, l'ensemble étant recouvert d'un habillage isolant et reposant sur un socle 7 formant assise sur le sol. Le socle 7 comporte une sole réfractaire 8 à lumières, une turbine de ventilation-9 et un by-pass à-bilame 10 de type connu.Les briques sont disposées deux par deux, face à face, pour former un groupe, tel que les briques 11 et 12 ; deux groupes sont disposés dos à dos, tel que les groupes des briques 11 et 12 et le groupe des briques 13 et 14, et aussi côte à côte avec les groupes des briques '11' à 14', comme cela est visible sur les fig.2 et-4-; chaque étage comprend ainsi huit briques telles que celles de la fig.l ; un second étage est est superposé au premier avec les faces internes des briques dans le prolongement les unes des autres pour former deux couloirs verticaux continus 15 et 16. Au-dessus des deux étages de briques de base sont disposés deux éléments, ou briques, de recouvreement 17 et 18. I1 est visible sur la fig.3 que ces éléments, tel que l'élément 17, ont une forme générale évidée en U renversé ; grace à cette forme de la brique de recouvrement les couloirs 15 et 16 forment un couloir continu tantôt ascendant, tantôt descendant débouchant sur les lumières de la sole. Des résistances tubulaires telles que 5 sont disposées transversalement dans ce couloir. L'ensemble formé par les briques et les résistances est -enveloppé d'un matériau isolant et réfractaire 19 fait de laine de verre ou de roche, lui-même contenu dans une enceinte en tôle 20. On remarque sur les fig.2 et 4 que les bords des couloirs sont obturés par des tôles 21 et 22, dites de fermeture latérale, perforées pour le passage des résistances, qui sont destinées à protéger le revêtement isolant d'un trop fort rayonnement. La simplicité de montage et d'entretien apparaît de façon claire à l'examen des.figures ; par exemple l'échange d'une résistance endommagée n'exigera que le démontage des parois latérales de l'enceinte en tôle 20, la déconnection de la résistance endommagée, son retrait par une traction transversale et son remplacement par une résistance neuve, la reconnection de celle-ci et la remise en place des parois latérales. Le dispositif représenté est à deux étages mais il pourrait aussi bien être-à trois étages ou plus. Ainsi quelle que soit leur puissance, l'encombrement au sol des appareils reste le même. Trois types d'appareils sont proposés : 1600/2400W - 2400/3600W 3200/4800W. Les appareils comprendront des séries standard horizontales de noyau d'accumulation ayant une puissance comprise entre 800 et 1200W par série, et deux briques de recouvrement par appareil. Pour obtenir le premier modèle, on superpose deux séries,pour le deuxièmemodèle,trois séries et pour le troisième modèle quatre séries. Seule la hauteur des différents modèles pourra varier. Chaque appareil reposera au sol sur un socle incorporé répartissant ainsi mieux les charges et facilitant l'entretien par la suppression d'un nettoyage difficile sous l'appareil. Une chaînette est prévue pour la fixation au mur du haut de l'appareil. Pour faciliter la fabrication, l'entretien, le service après vente, plusieurs éléments seront modulaires. Une platine comportera l'ensemble des éléments de raccordement, de câblage et de régulation. La turbine et son by-pass seront montés sur un caisson métallique qui se mettra en place à la façon d'un tiroir. Pour réduire l'importance des déperditions statiques incontrôlées, l'isolation sera renforcée par rapport à d'autres appareils existants. Cette surisolation aura pour effet de mieux utiliser la charge accumulée et de réduire le coût de consommation. Bien que l'on ait décrit et représenté une forme particulière de-réalisation de l'invention tant du point de vue de la structure d'ensemble du dispositif que du point de vue de la structure particulière de ses éléments constitutifs, briques, résistances et autres, il doit être compris que cette forme particulière n'est en rien limitative de la portée de l'invention, laquelle reste définie par les caractéristiques générales énoncées plus haut. REVENDiCATIONS 1.- Dispositif de chauffage électrique à accumulation de cha leur mettant en oeuvre des résistances électriques, notam ment de forme tubulaire, pour produire la chaleur et des éléments d'accumulation en matériaux réfractaires pour accumuler la chaleur et la restituer, caractérise :: en ce qu'au moins deux desdits éléments d'accumulation (1) constituent les parois d'un couloir de passage de l'air caloporteur, ledit couloir étant sensiblement parallélépipèdique, et en ce que lesdites résistances électriques (5) s'étendent d'un côté à l'autre dudit cou loir, d'où i résulte, d'une part, que dans le cas où l'air caloporteur circule dans le couloir, et simultanément les résistances chauffent, la chaleur dégagée par les résistances est en quasi totalité accaparée par l'air en circulation, d'autre part, une grande simpli cité de construction et d'entretien du dispositif. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la face d';n-élément d'accumulation délimitant ledit couloir, dite face interne, est une face de forme substantiellement plane mais ondulée, la direction (6) dite longitudinale es ondulations étant parallèle à la direction d'écoulement de l'air caloporteur, et en ce que lesdites résistances tubulaires (5) sont disposées parallèlement à ladite face suivant une direction (2) dite transversale perpendiculaire à la précédente. 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend essentielle ment - un socle (7) formant assise sur le sol et incorporant une turbine (9) de ventilation et un bypass (10) à bilame, - au moins un étage d'accumulation, chaque étage d'accumu lation étant constitué d'au moins deux groupes d'éléments d'accumulation (11 à 14), disposés dos à dos, chaque groupe étant lui-même composé de deux elements(ll, 12 et 13, 14) disposés face à face, - au moins un élément (17) dit de recouvrement ayant une forme générale évidée en U renversé, ledit élément étant disposé au-dessus d'un couple de groupes d'éléments, les couloirs de passage d'air débouchant dans ledit élément de recouvrement. 4.- Elément d'accumulation ou brique.réfractaire entrant dans la con-stitution d'un dispositif conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que ladite brique (1) ou élément d'accumulation a la forme générale d'un parallélè- pipède rectangle plein, aplati ondulé sur l'une de- ses grandes faces. 5*.- Elemewt-sazk la- la revendication 4, caractérisé en ce que ladite face interne comporte une pluralité de pions (4, 4') tronconiques dépas sant au-dessus du sommet des ondulations d'une longueur sensiblement supérieure au diamètre d'une résistance (5) 6.- Elément selon la revendication 5, caractérisé :- en ce que lesdits pions (4, 4') sont groupés par deux, les pions de chaque groupe étant distants l'un de l'autre suivant la direction (6) longi tudinale, d'au moins la largeur d'une résistance, et étant décalés L'un par rapport à l'autre suivant la direction. transversale (2) d'au moins la largeur d'un pion. 7.- Elément selon la-revendication 6, caractérise en ce qu'au moins deux groupes de pions sont alignés suivant la direction-transversale, et en ce qu'au moins deux groupes de pions sont alignés suivant la direction longitudinale. 8.- Elément selon la revendication 4, caractérisé en ce que la distance (largeur d) séparant le sommet du fond voisin d'une ondulation suivant la direction transversale (2) est sensiblement égale à la distance (profondeur d') séparant le sommet de ce fond suivant une direction (3) perpendiculaire à la première ; 9.- Procédé pour la mise en oeuvre optimale d'un dispositif conforme à l'une quelconque des revendicationsl à 8, ledit procédé étant du genre consistant à déclencher le chauf fage des résistances durant les périodes de fourniture de l'électricité à tarif réduit jusqu.'à obtention d'une tem pérature maximale des éléments d'accumulation et à déclen cher la substitution de chaleur lors d'un franchissement d'un seuil bas d'un thermostat d'ambiance, consistant également à déclencher le chauffage durant les périodes dites à plein tarif dans le cas où la température d'ambiance descend au-dessous d'un certain seuil, ce déclenchement étant dit "de relance-jour", caractérisé en ce qu'en outré le déclenche ment de relance-jour est subordonné à un thermostat à deux seuils, respectivement haut et bas, placé dans le conduit de sortie de l'air chaud, seuils dont le franchissement vers le bas commande, pour le seuil haut, le chauffage d'une partie des résistances du dispositif et, pour le seuil bas, le chauffage de la totalité de celles-ci.