Brevet FR2654808A1 — publié le 19910524

La présente invention concerne un radiateur à résistance électrique. Lorsqu'on utilise une résistance électrique comme moyen de chauffage, on a l'habitude de placer cette résistance électrique directement en contact avec le fluide à chauffer. C'est le cas en particulier lorsque l'on souhaite chauffer un gaz tel que de l'air et également lorsque l'on souhaite chauffer un bain de liquide. Dans ce dernier cas, la résistance électrique est directement plongée dans le liquide. Ces dispositions présentent l'incon vénient d'engendrer parfois des surchauffes ponctuelles du liquide ou du gaz chauffés et la surface d'échange thermique entre la résistance électrique et le fluide à chauffer est limitée. On connait par ailleurs des radiateurs électriques utilisés pour le chauffage de l'air, qui comprennent une cavité hermétiquement fermée complètement remplie d'un liquide, en général d'huile, dans lequel est immergée une résistance électrique. L'incon vénient principal de ces radiateurs connus est leur très grande inertie thermique. La présente invention a notamment pour but de remédier aux inconvénients précités des dispositions connues et propose un radiateur à résistance électrique qui présente à la fois une inertie thermique faible et un grand pouvoir de transfert thermique et qui permet d'éviter des surchauffes ponctuelles du fluide chauffé. Le radiateur à résistance électrique selon l'invention comprend une paroi d'échanges thermiques délimitant une cavité hermétiquement fermée qui contient un fluide diphasique dont la phase liquide est située dans sa partie inférieure qui constitue une réserve, ainsi qu'un élément chauffant électrique qui s'étend dans ladite réserve et est porté de façon étanche par ladite paroi et dont la résistance électrique est alimentée en énergie électrique par l'extérieur. Ainsi, la chaleur dégagée par ledit élement chauffant électrique provoque ltévaporation du liquide et la chaleur échangée entre ladite cavité et l'extérieur au travers de ladite paroi provoquant la condensation de la vapeur, la paroi de ladite cavité étant formée de manière à permettre le retour par gravité du condensat dans ladite réserve. Dans une variante préférée de l'invention, ladite paroi délimite une cavité dont la partie inférieure est tubulaire, ledit élément chauffant électrique s'étendant longitudinalement dans cette partie tubulaire. Dans une exécution de l'invention, ladite paroi comprend deux plaques dont les bords sont reliés de façon hermétique et qui délimitent entre elles ladite gravité. Dans une autre exécution de l'invention, ladite paroi çomprend un tube horizontal inférieur dans lequel s'étend ledit élément chauffant ainsi qu'une multiplicité de tubes s'étendant vers le haut et reliés audit tube horizontal inférieur. Dans une autre exécution de l'invention, ladite paroi est constituée par un tube incliné vers le bas dans la partie inférieure duquel s'étend longitudinalement ledit élément chauffant électrique. Le radiateur selon l'invention peut avantageusement comprendre un tube monté de façon étanche dans une ouverture de ladite paroi et s'étendant dans ladite réserve, son extrémité intérieure étant fermée et son autre extrémité étant ouverte vers I'extérieur, ledit élément chauffant électrique étant introduit de façon amovible dans ce tube. Selon l'invention, ledit élément chauffant allongé électrique peut être porté par ladite paroi de façon amovible. Le radiateur selon l'invention peut en outre être muni d'un tube extérieur étendant vers le haut et dans lequel s'étend le conducteur électrique d'alimentation de la résistance électrique dudit élément chauffant électrique. De préférence selon l'invention, le volume de liquide est inférieur au quart du volume de ladite gravité. Bien qu'il puisse être différent, le fluide diphasique précité est de préférence de l'alcool, de l'eau ou du Fréon. La présente invention sera mieux comprise à l'étude de différents radiateurs à résistance électrique décrits à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par le dessin sur lequel - la figure 1 représente une vue en élévation, partiellement en coupe, d'un premier radiateur à résistance électrique selon l'invention - la figure 2 représente une vue agrandie, partiellement en coupe, du montage de la résistance électrique du radiateur représenté sur la figure 1 - la figure 3 représente une variante du montage représentée sur la figure 2 la figure 4 représente une coupe horizontale d'un second radiateur à résistance électrique selon la présente invention, qui constitue une variante dlexécution du radiateur à résistance électrique représenté sur la figure 1 - et la figure 5 représente une vue en élévation et en coupe d'un troisième radiateur à résistance électrique selon la présente invention. En se reportant à la figure 1, on voit qu'on a représenté un radiateur à résistance électrique repéré d'une manière générale par la référence 1 qui comprend un tube horizontal inférieur 2 et un tube horizontal supérieur 3 disposés parallèlement à distance llun de l'autre et qui sont reliés, de façon étanche, par une multiplicité de tubes verticaux 4. Les extrémités 2a et 2b du tube inférieur 2 et les extrémités 3a et 3b du tube supérieur 3 sont fermées par des plaques radiales. Ainsi, la paroi du radiateur 1, formée par le tube inférieur 2 fermés à ses extrémités, le tube supérieur 3 fermé à ses extrémités et les tubes verticaux 4, délimite une cavité 5 hermétiquement fermée. Le radiateur électrique 1 comprend en outre un élément chauffant allongé 6 qui s'étend longitudinalement dans le tube inférieur 2. Cet élément chauffant 6 est porté par la plaque radiale d'extrémité 2b du tube inférieur 2 et s'étend jusqu'au voisinage de son autre extrémité 2a. Cet élément chauffant 6 est constitué par une canne à résistance électrique comprenant une gaine cylindrique 7 dans laquelle s'étend une résistance électrique 8 noyée dans un isolant électrique compacté. Dans l'exemple représenté, la gaine 7 de ltélément chauffant allongé 6 est munie à sa périphérie d'ailettes annulaires 9 améliorant le transfert thermique. En se reportant à la figure 2, on voit que l'élément chauffant allongé 6 est porté par la paroi du radiateur 1 de la manière suivante. Autour d'une ouverture ménagée dans la plaque radiale d'extrémité 2b du tube 2 est fixé de façon étanche, par exemple par soudage, un tube horizontal 10 qui s'étend vers l'extérieur. L'autre extrémité du tube 10 est fixée à la périphérie d'une douille l1 par exemple par une soudure annulaire étanche 12. Cette douille 11 enveloppe la partie d'extrémité de llélément chauffant allongé 6 et est fixée à la gaine 7 de ce dernier par exemple par une soudure annulaire étanche 13, les conducteurs électriques 6a et 6b d'amenée de l'énergie électrique à la résistance 8 s'étendant en conséquence à l'extérieur du radiateur 1. Dans la variante représentée sur la figure 3, l'élément chauffant allongé 6 est porté de façon étanche par un tube 14, correspond au tube 10 sur le tube inférieur 2, par l'intermédiaire d'un raccord repéré d'une manière générale par la référence 15. Ce raccord 15 comprend une douille 16 fixée par une soudure annulaire étanche sur l'extrémité libre du tube 14, un écrou 17 monté sur la douille 16 ainsi qu'une douille 18 placée autour de la partie d'extrémité de l'élément chauffant allongé 6 et entre la douille 16 et l'écrou 17. Cette douille 18 est déformable sous l'effet du déplacement de l'écrou 17 de manière à réaliser une liaison étanche entre la gaine 7 de l'élément chauffant allongé 6 et la douille 16. Grâce à cette structure, il est facile de monter et de démonter l'élément chauffant allongé 6 pour par exemple son remplacement. En se reportant de nouveau à la figure I, on voit que la cavité 5 du radiateur 1 est remplie d'un fluide diphasique 19 dont la phase liquide 20 remplit complètement le tube inférieur 2 et légèrement la partie inférieure des tubes verticaux 4, de telle sorte que l'élément chauffant allongé 6 est complètement immergé dans cette phase liquide 20, tandis que sa phase vapeur remplit le reste de la cavité 5. En vue du remplissage de la cavité 5 du radiateur 1 par le fluide diphasique 19, le tube supérieur 3 est muni d'un appendice tubulaire 21 qui, après l'opération de remplissage, est hermétiquement fermé. En exemples, le fluide diphasique 19 peut être de l'alcool, de l'eau ou du Fréon, le choix du fluide 19 étant effectué en fonction des niveaux de température souhaités. Le radiateur 1 décrit ci-dessus fonctionne de la manière suivante. En l'absence d'alimentation de la résistance électrique 8 de l'élément chauffant 6 et en fonction d'une température déterminée de l'extérieur, il se produit un équilibre entre la phase vapeur et la phase liquide du fluide 19 dans la cavité 5 du radiateur 1. Lorsqu'on alimente en énergie électrique la résistance électrique 8 de l'élément chauffant 6 par les conducteurs extérieurs 6a et 6b il se produit un réchauffage de la phase liquide 20 du fluide diphasique 19, une évaporation de ce liquide 19 et une augmentation de température de la phase vapeur du fluide diphasique 19. La chaleur échangée entre la cavité 5 et l'extérieur au travers de la paroi du radiateur I provoque la condensation de cette vapeur et le liquide formé par cette condensation retourne par gravité dans la partie inférieure de la cavité 5 décrite précédemment, qui constitue une réserve de liquide. En régulant la quantité d'énergie électrique fourni à la résistance électrique 8 de l'élément chauffant allongé 6, on peut ainsi réguler la quantité de chaleur fournie à l'extérieur par le radiateur 1 au travers de sa paroi extérieure. I1 y a lieu d'observer que, compte tenu du fait que l'essentiel du volume de la cavité 5 est rempli par la phase vapeur du fluide diphasique 19, c'est la double transformation phase liquide - phase vapeur et phase vapeur - phase liquide du fluide diphasique 19 qui assure le transfert de chaleur de l'élément chauffant 6 à l'extérieur au travers de la grande surface d'échange thermique constituée par la paroi extérieure du radiateur 1. Comme on le voit sur les figures 1 et 2, le radiateur 1 est équipé d'un tube vertical extérieur 22 dont la partie d'extrémité inférieure est coudée et fixée à la périphérie de la douille 11 par exemple par une soudure annulaire étanche 23, ce tube 22 s'étendant vers le haut au-delà de la partie supérieure du tube supérieur 3 et constituant une gaine de protection pour les conducteurs électriques 6a et 6è. Ainsi, le radiateur électrique 1 peut être complètement immergé sans risque électrique, dans un bain de liquide, l'extrémité supérieure du tube 22 étant au-dessus de la surface supérieure de ce bain. En se reportant maintenant à la figure 4, on voit qu'on a représenté un radiateur à résistance électrique repéré d'une manière générale par la référence 24 qui se différencie du radiateur électrique décrit en référence aux figures présentes uniquement par la constitution de sa paroi extérieure. La paroi extérieure de ce radiateur 24 est formée par deux plaques opposées 25 et 26 accolées et reliées entre elles par exemple par soudage de manière à déterminer une cavité 27 dont la forme générale correspond à la forme de la cavité 5 du radiateur 1 décrit précédemment. En se reportant maintenant à la figure 5, on va décrire un radiateur à résistance électrique repéré d'une manière générale par la référence 28 dont la structure est sensiblement différente de la structure à résistance électrique 1 et 24 décrits précédemment. Ce radiateur 28 est en effet constitué uniquement par un tube 29 coudé de manière à former un serpentin. Dans l'exemple représenté, le tube 29 comprend une branche supérieure 30 légèrement inclinée vers le bas à partir de son extrémité libre obstruée par une plaque radiale 31, un coude 32 s'étendant vers le bas, une branche 33 s'étendant en-dessous de la branche 30 et légèrement incliné vers le bas à partir du coude 32, ainsi qu'unie branche verticale 34 s'étendant verticalement vers le bas. Dans cette branche verticale 34 du tube 29 s'détend un tube vertical 35 dont l'extrémité supérieure est hermétiquement fermée par une plaque radiale 36 et dont l'extrémité inférieure est reliée de façon étanche à l'extrémité inférieure de la branche verticale 34 par une douille annulaire 37, par exemple par deux soudures annulaires étanches, de telle sorte que l'extrémité inférieure du tube 35 est ouverte vers l'extérieur. Le tube 35 ainsi monté dans le tube 34 constitue ce qu'on appelle en général un doigt de gant. Dans le tube 35 est disposé, par son ouverture inférieure, un élément chauffant allongé cylindrique 38 dont le diamètre extérieur correspond au diamètre intérieur de ce tube 35 et qui renferme une résistance électrique 39 dont les conducteurs électriques 40 et 41 s'étendent à l'extérieur du tube 29. L'élément chauffant allongé 38 est maintenu dans cette position par des moyens classiques non représentés, qui permettent, par exemple, un montage et un démontage rapide. Comme dans l'exemple décrit en référence à la figure 1, le tube 29 constituant le radiateur 28 est rempli d'un fluide diphasique 42 dont la phase liquide 43 est contenue dans sa branche verticale inférieure 34 qui constitue une réserve, le tube 35 s'étendant dans cette réserve et étant complètement immergé dans la phase liquide 43. En vue du remplissage du tube 29 par le fluide diphasique 42, la plaque 31 obstruant son extrémité supérieure est pourvue d'un orifice 44 qui, après l'opération de remplissage, est fermé de manière hermétique par exemple par un bouchon 45. Le radiateur électrique 28 décrit en référence à la figure 5 fonctionne de la même manière que le radiateur électrique 1 décrit en référence à la figure 1. La chaleur fournie par la résistance électrique 39 à la phase du liquide 43 du fluide diphasique 42, au travers de la gaine de l'élément chauffant allongé 38 et au travers du tube 35, provoque l'évaporation de cette phase liquide 43 et la phase vapeur du fluide diphasique 42 se condense lors du transfert de chaleur entre la cavité intérieure du tube 29 et l'extérieur au travers de sa paroi, le condensat formé retournant par gravité vers la réserve formée dans la branche verticale inférieure 34 du tube 29, en ruisselant dans les branches inclinées 30 et 33 et dans le coude 32. Compte tenu de la forme donnée au tube 29 constituant le radiateur 28, le volume de la phase liquide 43 du fluide diphasique 42 peut correspondre à un pourcentage très faible du volume de la cavité formée à l'intérieur de ce tube 29 de telle sorte que le transfert de chaleur depuis l'élément chauffant 38 jusqu'à l'extérieur du radiateur 28 se produit par les transformations successives liquide-vapeur et vapeur-liquide du fluide diphasique 42. Pour améliorer le transfert de chaleur au travers de la paroi du tube 29, on pourrait naturellement équiper ce dernier d'allettes périphériques. La présente invention ne se limite pas aux exemples ci-dessus décrits. Bien des variantes de réalisation sont possibles sans sortir du cadre défini par les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Radiateur à résistance électrique, caractérisé par le fait qu'il comprend une paroi d'échanges thermiques délimitant une cavité (5) hermétiquement fermée qui contient un fluide diphasique (19) dont la phase liquide (20) est située dans sa partie inférieure qui constitue une réserve, ainsi qu'un élément chauffant électrique (6) qui s'étend dans ladite réserve et est porté de façon étanche par ladite paroi et dont la résistance électrique (8) est alimentée en énergie électrique par l'extérieur, la chaleur dégagée par ledit élement chauffant électrique provoquant l'évapo- ration du liquide et la chaleur échangée entre ladite cavité et l'extérieur au travers de ladite paroi provoquant la condensation de la vapeur, la paroi de ladite cavité étant formée de manière à permettre le retour par gravité du condensat dans ladite réserve. 2. Radiateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite paroi délimite une cavité (5) dont la partie inférieure (2) est tubulaire, ledit élément chauffant électrique (6) s'étendant longitudinalement dans cette partie tubulaire (2). 3. Radiateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ladite paroi comprend deux plaques (25, 26) dont les bords sont reliés de façon hermétique et qui délimitent entre elles ladite cavité (27) 4. Radiateur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que ladite paroi comprend un tube horizontal inférieur (3) dans lequel s'étend ledit élément chauffant (6) ainsi qu'une multiplicité de tubes (4) s'étendant vers le haut et reliés audit tube h-orizontal inférieur (2). 5. Radiateur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que ladite paroi est constituée par un tube (29) incliné vers le bas dans la partie inférieure duquel s'étend longitudinalement ledit élément chauffant électrique (38). 6. Radiateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend un tube (35) monté de façon étanche dans une ouverture de ladite paroi et s 'étendant dans ladite réserve, son extrémité intérieure (36) étant fermée et son autre extrémité étant ouverte vers llextérieur, ledit élément chauffant électrique (38) étant introduit dans ce tube (35). 7. Radiateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit élément chauffant électrique (6) est porté par ladite paroi de façon amovible. 8. Radiateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il est muni d'un tube extérieur (22) s'étendant vers le haut et dans lequel s'étend le conducteur électrique d'alimentation de la résistance électrique dudit élément chauffant électrique (6). 9. Radiateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le volume de liquide est inférieur au quart du volume de ladite cavité. 10. Radiateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le fluide diphasique est de l'alcool5 de l'eau ou du Fréon.