Brevet FR2611867A1 — publié le 19880909

"Réchauffeur tubulaire à ailettes". La présente invention est relative à des réchauffeurs d'espace autonomes. Suivant l'invention, on prévoit un réchauffeur d'espace comprenant une chaudière, un fluide de travail à l'intérieur de celle-ci et un échangeur de chaleur connecté pour recevoir le fluide de travail de la chaudière, caractérisé en ce que le fluide de travail est un fluide de travail à point d'ébullition élevé comprenant un mélange d'éthylène glycol et d'eau, et en ce que l'échangeur de chaleur est un échangeur de chaleur tubulaire à ailettes ayant une longueur d'approximativement 300 mm à 2400 mm relié pour recevoir le fluide de travail sous une forme vaporisée de la chaudière tout en coopérant avec cette dernière pour définir un système fermé, le volume intérieur de la chaudière étant d'au moins approximativement cinq fois celui de l'échangeur de chaleur, par des moyens connectables dans le système précité pour faire le vide dans celuici à un niveau de pression d'au moins approximativement -34,5 kN/m2, ainsi qu'un réchauffeur commandé électriquement connecté pour chauffer et vaporiser le fluide de travail incorporé dans la chaudière, ce réchauffeur étant adapté pour amener de l'énergie électrique à un niveau d'au moins 300 watts pour les 300 premiers millimètres de longueur d'échan- geur de chaleur et une quantité additionnelle de 120 watts d'énergie approximativement pour chaque 300 mm de longueur d'échangeur de chaleur excédant les 300 mm précités. Un réchauffeur d'espace illustrant l'invention sera à présent décrit, uniquement à titre d'exemple, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels La figure -I est une vue en élévation frontale du réchauffeur d'espace, avec des brisures partielles pour montrer plus clairement l'agencement intérieur. -2- La figure 2 est une vue en coupe verticale prise suivant les lignes 2-2 de la figure 1. La figure 3 est une vue d'extrémité montrant un thermomètre agencé pour mesurer la température des vapeurs quittant la chaudière du réchauffeur et entrant dans son échangeur de chaleur tubulaire à ailettes. Les figures I et 2 représentent le réchauffeur d'espace 10 incorporant la chaudière 12 et l'échangeur de chaleur tubulaire à ailettes ou radiateur 14. Le radiateur 14 est fixé sous la forme particulière représentée à une plaque de support 16 au moyen de pinces 18 ou d'autres dispositifs de fixation de telle sorte qu'il présente une légère inclinaison vers le haut à partir de son extrémité d'entrée 20 vers son extrémité fermée supérieure ou est agencée une valve à vide 22. On a constaté qu'une inclinaison d'approximati- vement I à 2 mm pour 100 mm s'avérait adéquate pour assurer l'écou- lement en retour du condensat dans la chaudière d'une manière qui sera expliquée ci-après. Intercalée entre la plaque de base 16 et la chaudière 12 se trouve une barrière résistant à la chaleur 24 sous la forme d'une petite feuille d'amiante ou d'une matière incombustible similaire. Les pinces 18 sont représentées comme étant fixées à des consoles de suspension 26 qui sont, à leur tour, montées sur la plaque de support. Bien que non représenté, l'assemblage de la figure 1 est de préférence incorporé dans une enceinte de conception conventionnelle qui est ouverte dans la zone du radiateur pour permettre à la chaleur dégagée de ce dernier de se déplacer vers l'extérieur et dans l'espace de séjour adjacent. Le tube à ailettes est fait de cuivre et a un diamètre inté- rieur d'environ 19 mm. Une série d'ailettes 28 sont espacées sur la longueur totale du tube en cuivre et augmentent fortement sa superficie efficace. La valve à vide 22 est de conception standard et est utilisée pour pomper l'intérieur du système à une pression normale de -34,5 kN/m2 avant l'allumage de la chaudière. Comme illustré, la chaudière 4 prend la forme d'une petite chambre cylindrique formée de deux pièces 30 comportant une ouverture 32 à une extrémité à 261 1867 -3- proximité du fond pour le logement de l'élément de chauffage 34, la seconde ouverture 36 étant agencée plus haut sur l'autre extrémité, à l'endroit o les vapeurs provenant du fluide de travail sortent de cette dernière et entrent dans l'échangeur de chaleur 12. Un raccord droit court 38 et deux coudes 40 coopèrent de manière à définir la connexion en forme de U entre l'échangeur de chaleur et la chaudière, ce qui permet de positionner cette dernière en dessous de l'échangeur de chaleur comme indiqué. Des conducteurs électriques isolés 42 transportent l'énergie à l'élément chauffant. Sur les figures 1 et 3, on peut voir qu'un thermomètre 44 a été relié à la connexion en forme de U entre la chaudière et l'échangeur de chaleur en position pour mesurer la température des vapeurs se déplaçant entre ceux-ci. Evidemment, ce thermomètre, un manomètre à la place de celui-ci ou tout autre instrument ne sont utilisés que dans des buts indicatifs et n'ont aucune signification fonctionnelle; par conséquent, ils peuvent être éliminés sans modifier le fonctionnement du système de quelque façon que ce soit. On a constaté que certaines relations critiques existaient entre la concentration du fluide de travail 46 sous l'angle de sa capacité d'augmenter le point d'ébullition, le volume du système, la chaleur amenée au fluide de travail et la pression, toutes ces relations interagissant de manière à définir un réchauffeur d'espace sûr et efficace, permettant d'élever rapidement la température ambiante tout en ne présentant en même temps aucun danger vis-à-vis des occupants. D'une manière spécifique, on a constaté qu'un fluide de travail contenant approximativement deux parties d'éthylène glycol pour une partie d'eau s'avérait des plus satisfaisant pour être utilisé en combinaison avec un système ayant un volume intérieur d'environ 275 à 325 cm3, la puissance amenée à la chaudière variant entre environ 300 et 1200 watts tout en augmentant celle-ci à raison d'appro- ximativement 150 watts pour une augmentation de volume de 8 cm3. Evidemment, il n'y a pas de différence si l'énergie ou la puissance est amenée au réchauffeur à partir d'une source d'alimentation de volts ou de 220 volts. 26 1 1867 -4 - Pour obtenir les meilleurs résultats, le volume de la chaudière doit excéder celui de l'échangeur de chaleur d'au moins un facteur de 5 à 1. Une chaudière d'une longueur légèrement en dessous de 150 mm ayant un volume intérieur d'approximativement 260 cm' a un volume adéquat pour contenir 170 g ou unè quantité analogue de fluide de travail et laissera encore suffisamment de place au-dessus du fluide pour permettre de réaliser une vaporisation. La taille de la chaudière est maintenue sensiblement constante même si la longueur du tube à ailettes varie entre approximativement 300 mm et 2400 mm. Ceci est également vrai pour le volume du fluide de travail dans la chaudière, celui-ci étant essentiellement le même quelle que soit la longueur du tube à ailettes. Le volume de 170 g établi de fluide de travail lorsque vaporisé amenera une quantité suffisante de chaleur pour chauffer en quelque endroit que ce soit un échangeur de chaleur d'une longueur de 300 mm à une longueur de 2100 mm pour autant évidemment que la chaleur amenée soit accrue proportionnellement comme indiqué ci-dessus. D'une manière plus spécifique, en travaillant suivant approximativement une gamme d'augmentation de 15 96 en volume du système et une gamme de 300 à 1200 watts en énergie appliquée et en démarrant à une pression négative dans le système d'environ -34,5 kN/m2, un mélange d'éthylène glycol et d'eau de 2/1 se vaporisera pour produire suffisamment de chaleur de manière à élever la température entre approximativement 88 C et 121 C dans un radiateur tubulaire à ailettes d'une longueur de 300 mm à une longueur de 2100 mm sans fortement augmenter la pression au-dessus de 100 kN/m2. La combinaison de l'utilisation d'un mélange de fluides de travail non miscibles de point d'ébullition élevé, relativement concentré avec un gradient de pression négatif à positif, soigneu- sement contrôlé, réalisé par des augmentations progressives d'énergie d'entrée dans un système o le volume fermé total formé par la chau- dière et le tube à ailettes- ne dépasse pas approximativement 15 % de la plus petite taille à la plus grande, produit un réchauffeur du type plaque-support qui est efficace, sûr, et par-dessus tout, actif pour chauffer l'environnement. Par conséquent, en accordant soigneu- -5- sement le volume du système, sa pression négative et l'énergie appli- quée au réchauffeur à la concentration d'un fluide de travail de point d'ébullition élevé particulier, on peut d'une manière efficace et rapide amener de la chaleur à l'environnement à une température et une pression élevées, en toute sécurité. De plus, en modifiant simplement deux variables, d'une manière spécifique l'énergie électrique amenée au réchauffeur et la longueur de l'échangeur de chaleur, il est possible de faire varier la taille du réchauffeur et son débit de manière à accommoder ceux-ci à une longueur dépassant juste les 300 mm et pouvant atteindre 2400 mm. 26 1 1867 -6- REVENDICATIONS I. Réchauffeur d'espace comprenant une chaudière (12), un fluide de travail (46) dans celle-ci et un échangeur de chaleur (14) connecté pour recevoir le fluide de travail de la chaudière (12), caractérisé en ce que le fluide de travail est un fluide de travail de point d'ébullition élevé (46) comprenant un mélange d'éthylène glycol et d'eau et en ce que l'échangeur de chaleur est un échangeur de chaleur tubulaire à ailettes (14) ayant une longueur d'approximati- vement 300 mm à 2400 mm connecté pour recevoir le fluide de travail sous une forme vaporisée de la chaudière (12) tout en coopérant avec celle-ci de maniere à définir un système fermé, le volume intérieur de la chaudière (12) étant d'au moins approximativement cinq fois celui de l'échangeur de chaleur (14), par des moyens (22) connectables dans le système précité pour faire le vide dans celui-ci à un niveau de pression d'au moins approximativement -34,5 kN/m2, et un réchauf- feur commandé électriquement (34) connecté pour chauffer et vaporiser le fluide de travail (46) contenu dans la chaudière (12), ce réchauffeur (34) étant adapté pour amener de l'énergie électrique à un niveau d'au moins 300 watts pour la longueur d'échangeur de chaleur constituée par les premiers 300 mm et une énergie additionnelle d'approxima- tivement 125 watts pour chaque longueur d'échangeur de chaleur de 300 mm excédant les 300 mm précités. 2. Réchauffeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la concentration en fluide de travail (46) est de deux parties de glycol pour une partie d'eau. 3. Réchauffeur suivant l'une ou l'autre des revendi- cations I et 2, caractérisé en ce que le volume intérieur de la chaudière (12) est d'approximativement 275 cm3 et le volume intérieur de l'échan- geur de chaleur augmente approximativement de 8 cm3 pour chaque augmentation de 300 mm de sa longueur. 4. Réchauffeur suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé-e en ce que l'augmentation du volume total du système au fur et à mesure que la longueur de l'échangeur de chaleur (14) augmente est limitée à approximativement 15 %. 26 11867 -7- 5. Réchauffeur suivant l'une quelconque des reven- dications I à 4, caractérisé en ce que le débit énergétique du réchauf- feur pour une longueur donnée de l'échangeur de chaleur est choisi de manière à élever la température du fluide de travail à une valeur se situant entre approximativement 880C et 121 C à une pression d'approximativement 100 kN/m2. 6. Réchauffeur suivant l'une quelconque des reven- dications I à 5, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (14) comporte une extrémité d'entrée connectée pour recevoir les vapeurs provenant de la chaudière (12) et une extrémité fermée située au-dessus de l'extrémité d'entrée précitée d'approximativement I à 2 mm pour mm de longueur totale.