Brevet FR2526132A1 — publié le 19831104

Complexe de chauffage mixte, notamment pour installation de chauffage, par exemple dans le bâtiment ". La présente invention concerne un produit industriel nouveau constitué par un complexe de chauffage mixte, direct et/ou par accumulation, caractérisé en ce qu'il comprend, en combinaison, d'une part, un élément plan de chauffage par effet Joule et rayonnement qui est constitué d'un matériau conducteur de l'électricté et résistant et est muni d'une surface plane continue, cet élément de chauffage pouvant être connecté à des moyens d'alimentation en énergie électrique, et d'autre part, au moins un élément réceptacle qui présente au moins une face qui est juxtaposée à ladite surface plane de l'élément de chauffage et au moins une face d'échange thermique ré réceptacle délimitant une chambre qui est remplie d'un produit fluide susceptible d'accumuler et restituer la chaleur par utilisation de sa chaleur latente de transformation liquide-solide. Ce produit trouve, entre autres, une application particulièrement avantageuse dans la réalisation d'installation de chauffage pour bâtiments privés, publics ou industriels, ces installations pouvant être soit incorporées dans la strucutre même du bâtiment, soit se présenter sous forme de caissons techniques indépendants. La structure particulibre de ce complexe permet l'utilisation mixte suivante - une première possibilité consiste à connecter l'élément de chauffage à l'alimentation en énergie électrique (secteur, piles solaires, etc.) pendant une première période au cours de laquelle la chaleur produite par effet Joule est absorbée par le produit d'accumulation, cette chaleur étant ensuite restituée et utilisée par convection ou conduction au cours d'une seconde période pendant laquelle l'élément de chauffage peut être déconnecté ou non ; ce fonctionnement est parti culièremènt avantageux si la connexion sur le réseau public d'alimentation en électricité a lieu la nuit, et plus précisémment pendant les " heures creuses " où le tarif est réduit, la restitution ayant ensuite lieu en n heures pleines - la seconde possibilité consiste à utiliser l'élément de chauffage en chauffage direct par rayonnement, cet élément étant connecté à l'alimentation alors que le produit d'accumulation nta pas de capacité de restitution, ce qui est le cas lorsque, à la suite d'un branchement antérieur de l'élément de chauffage, ce produit a déjà restitué la chaleur que lui a fourni cet élément ou du moins ne peut plus tranférer, à lui seul, toute cette chaleur fournie. Il est clair que le type de fonctionnement parmi les deux indiqués ci-dessus, et le cycle d'alternance utilisable dépendent de la puissance qu'offre l'élément de chauffage par rayonnement, de la capacité et de la vitesse de transfert de la chaleur que présente le produit d'accumule tion et restitution, et bien entendu de la chaleur absorbée par l'utilisation à laquelle est associé le complexe de chauffage considéré. Dans un mode de réalisation particulière de l'invention, l'élément de chauffage a effet Joule peut être constitué par un film mince résistant à surface continue, présentant sur deux bords opposés des bandes en un matériau conducteur de l'électricité, ce film constituant une résistance plate, c'est-à-dire qui se comporte comme une infinité de résistances alimentées en parallèle à partir desdites bandes, et étant par exemple, du type connue sous le non commercial de HOSTATHERM et fabriqué par la Société HOECHST. Préférentiellement également, le réceptable peut être constitué par un élément en forme de cuvette qui présente un fond plan et dont le bord libre est fixé sur ladite surface plane continue de l'élément plan de chauffage. Il est important de noter que, quelle que soit la forme de réalisation de cet élément de chauffage, les deux surfaces planes sensiblement parallèles qui délimitent la chambre de produit d'accumulation remplissent une fonction de raidisseur pour cette chambre et évitent que, sous l'effet du poids du produit (dont la densité peut par exemple atteindre les valeurs de 1,5 à 2), cette chambre ne se déforme et ne forme une poche. Cette disposition permet de donner à chaque élé- ment unitaire de complexe des dimensions notables. De manière particulièrement avantageuse, il peut être prévu que l'élément plan de chauffage appartienne à une bande allongée continue formée d'un film mince résistant qui constitue une série de tels éléments à chacun desquels est associé au moins un réceptacle et une chambre contenant un produit d'accumulation de chaleur. Cette disposition permet tout d'abord de dimensionner le volume de chaque chambre unitaire de manière que celle-ci ne risque pas de se déformer en poche dans le cas où les éléments sont utilisés en position verticale.Elle permet, par ailleurs, de fabriquer les éléments considérés en grande série puisque le film mince peut être utilisé en bandes de grande longueur et que les réceptacles peuvent être fabriqués soit à l'unité, soit par groupe de quelques éléments juxtaposés, soit encore par formage continu ces réceptacles pouvant avantageusement être fixés d'une manière continue sur la bande, par exemple par soudage ou collage. De préférence, le produit fluide susceptible d'accumuler et restituer la chaleur par utilisation de sa chaleur latente de transformation liquide-solide peut comprendre un constituant formé par un élément de la famille des sels hydratés qui, comme on le sait, présentent cette particularité d'absorber par fusion la chaleur qui leur est fournie et de restituer cette chaleur en se solidifiant lorsque la température baisse. Parmi les sels hydratés, on peut citer par exemple les hydrates des sels suivants : chlorure de calcium, chlorure de fer, chlorure lithium, chlorure de magné sium, sulfate de sodium (sel de Glauber), carbonate de sodium, nitrate de calcium, hydroxyde de lithium, hydroxyde de baryum, qui tous pré sentent une chaleur de fusion élevée et une température de fusion favorable.L'accumulation, comme la restitution de cha leur par ces sels hydratés, peut s'effectuer par échange ther mique entre un fluide caloporteur ( gaz ou liquide) et ces sels, ou encore à partir d'une surface chauffante directement en contact telle qu'un film du type précité. La masse de sels hy- drayés accumule la chaleur en fondant et cette masse restitue la chaleur accumulée par refroidissement, par exemple lorsqu'on insuffle à travers celle-ci un fluide caloporteur tel qu'un courant d'air de température modérée. La bonne utilisation d'un tel produit dépend en particulier tout d'abord de la possibilité de pouvoir stocker sous un faible volume une quantité importante de chaleur, ensuite du bon échange thermique à la fois entre sels hydratés et fluides caloporteurs et entre sels hydratés et l'éliment chauffant électrique, et enfin de la température de fusion des sels ou des mélanges de sels hydratés utilisés. La première condition est satisfaite en enfermant les sels hydratés dans un grand nombre de petits réceptacles dont chacun est en contact avec le fluide caloporteur et en donnant à cesréceptaclesune faible hauteur perpendiculairement à l'élément chauffant.En ce qui concerne la-température de fusion, on peut l'abaisser pour certains sels hydratés tels que l'hydroxyde de baryum par addition d'autres sels tels que le nitrate de potassium ou le chlorure de sodium pour former avec les sels hydratés un mélange eutectique. On peut citer comme autre exemple de mélange eutectique particu lièrement approprié comme matériau de stockage de la chaleur, le mélange d'azotate de lithium et d'hydroxyde de lithium (60 % en poids de Li N03 et 40 % en poids de Li OH). De tels mélanges forment un bain de fusion homogène lors de l'accumulation de chaleur et se solidifient sous forme cristalline lors du refroidissement. En raison de l'action souvent agressive des sels ou des mélanges de sels en fusion, il est de préférence prévu que le réceptacle soit réalisé en matériau résistant à l'agression du produit d'accumulation et à la migration de l'eau de dissolution. Ce matériau peut avantageusement être constitué par une matière plastique filmogène telle que le polyéthylène, un polyamide comme le polyamide 11 (Rilsan). le polypropylène ou encore un polyester ou encore divers complexes. Il convient de remarquer que, hormis l'utilisation mixte indiquée plus haut, rien ne s'oppose à ce que, en variante ou en complément, l'apport de chaleur au produit d'accumulation puisse également se faire à l'aide d'un fluide caloporteur tel que de l'air chaud circulant dans un circuit qui comporte une source de chaleur autre que l'élec tricité, par exemple un collecteur solaire ou un récupérateur de chaleur. L'application d'un complexe conforme à l'invention à la réalisation d'un plafond ou plancher chauffant peut s'avérer intéressante dans la mesure où il est nécessaire que les panneaux réalisés à cet effet offrent un poids limité, ce qui est le cas de l'ensemble que peut constituer ce complexe avec une plaque de revêtement et un matelas calorifuge situés de préférence de part et d'autre du complexe et en contact intime et continu avec celui-ci. Par ailleurs et plus particulièrement dans le cas de la réalisation précédemment citée d'une série d'éléments associés à une même bande de film chauffant, on peut avantageusement prévoir que l'élément plan de chauffage par effet Joule soit muni d'un réceptacle sur chacune de ses deux faces, ce qui double la capacité d'accumulation du complexe, cet agencement, étant en conséquence, utilisé de préférence dans les cas d'application où le fonctionnement par accumulation est prépondérant. Par contre, la réalisation plus simple où chaque élément plan ne comporte qu'un réceptacle, tous ces éléments étant disposés d'un même côté de la bande de film chauffant, bien qu ne présentant pas une telle accumulation accrue, permet en revanche de.disposer l'ensemble de la bande sous forme enroulée afin de loger le tout dans un caisson d'encombrement réduit.Cette disposition trouve bien entendu une application dans des cas différents de celui des plafonds ou sols chauffants, par exemple dans le cas où l'on prévoit dans un bâtiment un caisson technique, qui contient ici ledit enroulement, et auquel est associé un circuit d'utilisation traversé par un fluide caloporteur et relié à un volume à chauffer tel qu'une pièce. En outre, un ensemble de chauffage réalisé à partir d'un complexe du type considéré peut être également constitué par un empilement horizontal ou une rangée verticale de complexes ou bandes de complexes dont les éléments plans de chauffage par rayonnement sont orientés horizontalement ou verticalement, ce qui permet de concentrer une capacité importante d'accumulation et de chauffage dans un volume le plus faible possible. Cette disposition peut bien entendu, être utilisée aussi bien dans le cas de l'application à un plafond ou sol chauffant que dans des cas différents, par exemple d'utilisation d'un caisson technique séparé du volume à chauffer.Il faut de plus noter que seule cette disposition parallèle, horizontale ou verticale, peut être utilisée lorsqu'il est prévu des éléments en forme de cuvette des deux côtés de l'élément plan de chauffage par rayonnement, étant donné que dans ce cas l'enroulement est pratiquement impossible. De manière avantageuse, dans le cas d'une bande de film chauffant comportant une série longitudinale d'éléments en forme de cuvette, ces derniers peuvent également être subdivisés en séries transversales d'éléments, le volume de chacun de ces éléments étant alors réduit d'autant, ce qui accroit leur rigidité et leur résistance. Cette disposition offre en particulier de l'intérêt lorsque la bande de film chauffant présente une largeur relativement grande et telle que si,dans certaines applications, on disposait la bande verticalement avec sa largeur dirigée verticalement, il pourrait se présenter un risque de formation de poche.Elle est également avantageuse lorsque, dans le cas a | d'applications utilisant un empilement horizontal, le nombre des couches superposées est relativement grand et risquerait d'entratner un écrasement de l'ensemble. Par ailleurs, dans-le cas d'un empilement horizontal ou d'une rangée verticale de bandes, il peut être prévu des cales qui séparent deux bandes voisines avec un écartement supérieur à l'épaisseur du complexe et qui sont disposées dans des intervalles existant entre les éléments en forme de cuvette voisins d'une même bande. Ceci permet de favoriser la circulation de fluide caloporteur d'utilisation à l'intérieur de l'empilement ou de la rangée et donc d'accroitre le transfert de chaleur Concernant encore cette circulation de fluide caloporteur d'utilisation, on notera que celle-ci peut être assistée, le circuit d'utilisation dans lequel elle s'effectue comportant alors des moyens de ventilation, si le fluide caloporteur est de l'air, ou de pompage, si ce fluide est de l'eau.On peut, toutefois, également envisager un fonctionnement parfaitement statique du complexe de chauffage, auquel cas aucune circulation d'utilisation particulière n'est prévue. On peut aussi envisager une régulation du fonctionnement, celle-ci pouvant être prévue, dans tous les cas, par une action sur l'alimentation en électricité du film chauffant, ou encore, dans le cas d'une circulation assistée, par une action sur l'organe de débit prévu à cet effet. Enfin, dans une dernière variante de réalisation, il peut être prévu que des éléments- en forme de cuvette soient réalisés en série entre deux bandes allongées d'éléments plans de chauffage par rayonnement, auquel cas, cette réalisation trouve une application préférentielle dans les cas nécessitant un chauffage direct prépondérant et un chauffage par- åccumulation uniquement d'appoint. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, à titre d'exemples non limitatifs et en regard des dessins annexés sur lesquels - la Fig. 1 représente une vue en perspective, avec arrachement partiel et éclatée, de divers éléments dont la combinaison permet de constituer des complexes conformes à l'invention ; - les Fig. 2 et 3 représentent des vues, respectivement en élévation et de dessus, d'un premier mode de réalisation de complexe obeenu à l'aide de ces élé- ments ; - la Fig. 4 représente une vue de caté analogue à celle de la Fig. 2, d'un second mode de réalisation de complexe également obtenu à l'aide de ces éléments ;; - la Fig. 5 illustre une vue de côté encore analogue, d'un troisième mode de réalisation - la Fig. 6 illustre l'empilement avec cales de plusieurs complexes du type de la Fig. 2. Les complexes représentés par les figures 2 à 4 sont constitués à partir d'éléments plans de chauffage par effet Joule et rayonnement 1 et d'éléments en forme de cuvette 2, tels qu'illustrés sur la Fig. 1. Un élément de chauffage par effet Joule et rayonnement 1 est constitué par un film mince résistant à surface continue, ce film étant fabriqué en continu sous forme d'une bande de grande longueur dont seul est reperd senté sur la Fig. 1, un élément découpé de forme rectangulaire dont les dimensions correspondent à celles d'un module prévu par exemple dans une utilisation sous forme de plafond ou sol chauffant. Suivant la direction de fabrication de cette bande continue, l'élément I comporte sur ses deux bords opposés et à une légère distance de ceux-ci, des bandes étroites 3 en matériau conducteur de l'électricité tel que le cuivre, chaque bande 3 recevant à ses extrémités des tronçons de conducteurs électriques (non représentés) qui peuvent eux-mêmesêtrereliésà un circuit d'alimentation électrique. Cette alimentation permet ainsi -à l'élément plan 1 de se comporter comme une rdsis- tance plate, c'est-à-dire l'équivalent d'une infinité de résistances alimentéesen parallèle à partir des bandes 3. Le film mince résistant est par exemple du type connu sous le nom commercial de : HOSTATHERM et fabriqué par la Société HOECHST. A un tel élément de chauffage rectangulaire 1 se trouve associé un groupe de plusieurs éléments en forme de cuvette 2 dont seuls quatre sont représentés sur la figure 1, ce groupe 4 se présentant sous la forme d'un élément plan rectangulaire ayant sensiblement les mémes dnsions que l'élément 1, mais dans lequel se trouvent emboutis les divers éléments en forme de cuvette 2. Chacun de ces éléments 2 se présente sous la forme d'un tronc de pyramide à section rectangulaire et à angle de dépouille relativement faible , la profondeur de ces cuvettes étant par exemple de l'ordre de 1 à 4 cm, cette profondeur étant proportionnellement exagérée à dessein sur les figures pour des raisons de clarté.La feuille plane 4 à partir de laquelle sont embouties les cu vettes 2, peut également être fabriquée en continu sous for -me d'une bande orientée de manière analogue à la bande dans laquelle sont réalisés les éléments plans 1. LaLong- gueur des cuvettes 2 est disposée suivant la largeur de cette bande 4 et les différentes cuvettes d'un même groupe disposées parallèlement,en série les unes derrière les autres suivant cette même direction. La surface plane 4 constitue des surfaces de séparation étroites disposées entre les différentes cuvettes, ainsi que des bords latéraux s'étendant sur les deux côtés de l'ensemble. Ces ensembles sont réalisés en une matière plastique filmogène telle que du polyéthylène. Le complexe illustré par les figures 2 et 3 se compose d'un élément plan 1 et d'un groupe d'éléments en forme de cuvette 4-2 tels que décrit ci-dessus, les bords du groupe 4 étant fixés sur les quatre côtés de l'élément plan 1 par collage ou soudage. Ces figures montrent que les bandes de cuivre 3 s'étendent au voisinage des extrémités des cuvettes 2, sous ces dernières. Ces cuvettes sont remplies d'un produit fluide 5 susceptible d'accumuler et de restituer la chaleur par utilisation de sa chaleur latente de transformation liquide-solide, tel qu'un mélange eutectique à base de sel de'Glauber. Un tel complexe peut présenter deux types de fonctionnement : d'une part, la mise sous tension de l'alimentation des bandes de cuivre 3 provoque un chauffage du film 1,ce dernier dégageant par effet Joule une quantité de chaleur qui s'accumule dans le mélange eutectique 5 par passage de celui-ci à l'état liquide ; après interruption du chauffage, l'eutectique restitue cette chaleur à l'air ambiant cristallisant. Dans un second type de fonctionnement1 le chauffage n'étant pas en service, de l'air chaud, provenant par exemple d'un collecteur solaire, est envoyé de manière à enve- lopper le complexe et à céder de la chaleur à l'eutectique 5 qui passe à l'état liquide, pour ensuite restituer cette chaleur à un autre flux d'air appartenant à un circuit d'utilisation. Dans une variante, et plus particulièrement lorsque le complexe 2 est suspendu verticalement1 avec la largeur du film chauffant 1 oricntéeverticalement, chacune des cuvettes 2 se trouve subdivisée et suivant sa longueur, en plusieurs éléments unitaires de plus petites dimensions 2a. De la sorte, la dimension verticale de ces éléments unitaires est réduite, ce qui renforce la résistance de ces éléments et évite la formation de poches sous l'effet du poids du mélange eutectique dont en général la densité est de l'ordre de 2 à 2,5. Le complexe illustré par la fig. 4 est analogue à celui des figures 2 et 3, mais comporte en outre, sur l'autre face de l'élément plan de chauffage 1, un second groupe d'élémentsen forme de cuvettes 4a dont les cuvettes 2 sont disposées régulièrement au-dessous des cuvettes du premier groupe 4, ce second groupe 4a étant, bien entendu, fixé également à l'élément plan 1 par collage ou soudage et contenant également du mélange eutectique 5. Le complexe illustré par la fig. 5 présente une structure analogue à celle du complexe des figures 2 et 3 à la différence que les éléments en forme de cuvette 2 ne présentent pas de fond et qu'un second élément plan de chauffage la recouvre ces cuvettes sans fond en étant également fixé sur ces dernières par collage ou soudage. Ainsi les cuvettes contenant le mélange eutectique 5 sont enserrées entre deux films chauffants, ce qui permet d'accroître la quantité de chaleur accumulable, tandis que par contre, la restitution peut normalement se faire par passage d'air dans les conduits 6 qui subsistent et séparent les différents éléments en forme de cuvette'2. La fig. 6 illustre l'empilement de plusieurs complexes conforme à la figure 2, ces complexes étant disposés avec le fond des cuvettes 2 dirigé vers le haut et les différentes cuvettes de ces complexes alignées verticalement. Les éléments plans de chauffage 1 sont maintenus à une distance verticale d qui est supérieure à la profondeur des cuvettes,grâce à l'interposition de cales transversales en forme de barres 7 dont la hauteur est supérieure à cette profondeur des cuvettes et qui sont disposées sur les séparations de la surface plane 4 des groupes de cuvettes, ces cales 7 supportant par leur face supérieure le complexe direcrement disposé au-dessus. Le produit considéré trouve de nombreuses applications parmi lesquelles - le montage dans un caisson technique de chauffage pour le bâtiment ; - son montage comme élément incorporé à la structure d'un bâtiment, ce complexe étant combiné à une plaque de revêtement et un matelas calorifuge situés de préférence de part et d'autre du complexe. REVENDICATIONS 10) - Complexe de chauffage mixte, direct et/ou par accumulation, caractérisé en ce qu'il comprend, en combinaison, d'une part, un élément plan de chauffage par effet Joule et rayonnement (1,la) qui est consistué d'un matériau conducteur de l'électricité et résistant et est muni d'une surface plane continue, cet élément de chauffage pouvant être connecté à des moyens d'alimentation en énergie électrique, et d'autre part, au moins un réceptacle (2-4, 2-4a) qui présente au moins une face qui est juxtaposée à ladite surface plane de l'élément de chauffage et au moins une face d'échange thermique, réceptacle délimitant une chambre qui est remplie d'un produit fluide (5) susceptible d'accumuler et restituer la chaleur par utilisation de sa chaleur latente de transformation liquidesolide. 20) ; Complexe selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de chauffage par effet Joule (l,la) est constitué par un film mince résistant à surface continue, présentant sur deux bords opposés des bandes (3) en un matériau conducteur de -l'électricité. 30) - Complexe selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le réceptacle (2-4, 2-4a) -est constitué par un élément en forme de cuvette qui présent un fond plan et dont le bord libre est fixé sur ladite surface plane continue de l'élément plan de chauffage (1, la). 40) - Complexe selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément plan de chauffage (l,la) appartient à une bande allongée continue formée d'un film mince résistant qui constitue une série de tels éléments à chacun desquels est associé au moins un réceptacle (2) et une chambre contenant un produit d'accumulation de chaleur (5). 50) - Complexe selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le produit fluide (5) susceptible d'accumuler et restituer la chaleur par utilisation de sa chaleur latente de transformation liquidesolide comprend un constituant formé par un élément de la famille des sels hydratés. 60) - Complexe selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque réceptacle (2-4, 2-4a) est réalisé en matière plastique filmogène ou complexée. 70) - Complexe selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est associé à un circuit de fluide calqporteur qui comporte un collecteur solaire ou récupérateur de chaleur. 80) - Complexe selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'élément plan de chauffage par effet'Joule (1, la) est muni d'un réceptacle (2-4, 2-4a) sur chaucune de ses deux faces. 90) - Complexe selon l'une quelconque des revendications 4 et 5 à 7, lorsque ces dernières dépendent de la revendication 4, caractérisé en ce que chaque élément plan (1, la) ne comporte qu'un élément réceptacle (2-4), tous ces éléments étant disposés d'un même côté de la bande de film chauffant (1) et la bande est disposée sous forme enroulée à l'intérieur d'un caisson. 100) - Complexe selon la revendication 9, caractérisé en ce que le caisson est associé à un circuit d'utilisation traversé par un fluide caloporteur. 110) - Complexe selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il fait partie d'un empilement horizontal ou d'une rangée verticale de complexes ou bandes de complexes dont les éléments plans de chauffage par rayonnement (1) sont orientés horizontalement ou verticalement. 120) - Complexe selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend des cales (7) qui séparent deux bandes voisines (1) avec un écartement supérieur à l'épaisseur du complexe. 130) - Complexe selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que chaque réceptacle (2-4,2-4a) est subdivisé en une série transversale d'éléments (2a) de volume plus faible. 140) - Utilisation d'un complexe selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans un caisson technique de chauffage pour bâtiment. 150) - Utilisation d'un complexe selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, comme élément incorporé à la structure d'un bâtiment, ce complexe étant combi- né à une plaque de revêtement et un matelas calorifuge situés de préférence de part et d'autre du complexe.