Brevet FR2712964A1 — publié le 19950602

CHAUDIERE ELECTRIOUE POUR LIOUIDE CALOPORTEUR EN CIRCULAfI1ON DANS UN CIRCUIT OUVERT OU FERME La présente invention a trait à un nouveau type de chaudière permettant de porter à une température prédéterminée un liquide caloporteur. Elle a trait plus particulièrement à un nouveau type de chaudière électrique permettant d'assurer la production d'eau chaude, par exemple lorsque l'on souhaite produire de l'eau chaude sanitaire (circulation de l'eau dans un circuit ouvert), soit pour des installations de chauffage d'eau circulant en circuit fermé (chauffage industriel, chauffage domestique ...). Plus précisément, elle concerne un nouveau type de chaudière dont la structure générale est comparable aux échangeurs de chaleur à plaques et joints, utilisés dans de nombreux secteurs industriels (industrie chimique, pharmaceutique..), et qui permettent de réaliser la régulation thermique d'un fluide (refroidissement ou élévation de sa température). De tels échangeurs de chaleur à plaques et joints sont constitués par l'empilement d'un nombre déterminé de plaques nervurées, du même type, et qui sont serrées entre deux fonds au moyen de tirants. Ces plaques possèdent en leurs angles des ouvertures qui délimitent dans l'empilement des passages d'entrée et de sortie pour deux fluides ayant des températures différentes entre lesquelles on souhaite réaliser un échange thermique. Cet échange thermique est obtenu en réalisant une alternance de passage des fluides dans les espaces compris entre les plaques, un telle alternance étant obtenue au moyen d'un joint périphérique, disposé entre deux plaques consécutives, permettant d'isoler alternativement deux des quatre ouvertures que comporte chaque plaque, formant ainsi deux circuits séparés à l'intérieur desquels circulent, à contre-courant ou non, les deux fluides entre lesquels doit s'effectuer l'échange thermique. Or, on a trouvé et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention, qu'il était possible de réaliser à partir de telles plaques nervurées, une véritable chaudière permettant de porter à une température prédéterminée un liquide caloporteur en circulation dans un circuit pouvant être ouvert ou fermé. Dans sa forme la plus simple, la chaudière conforme à l'invention se présente sous la forme d'un ensemble comprenant des plaques présentant sur leurs deux faces des ondulations, par exemple en forme de chevrons, serrées entre elles entre deux fonds au moyen de tirants, et qui comportent dans leurs angles des ouvertures qui délimitent dans l'empilement des passages d'entrée et de sortie permettant la circulation de fluide qui s'écoule contre la surface desdites plaques dans l'espace compris entre elles, et elle se caractérise en ce que ledit ensemble est constitué d'au moins un module comportant deux plaques embouties dont les ondulations sont dans le même sens sur leurs deux faces entre lesquelles est intercalée au moins une plaque chauffante se présentant sous la forme d'un bloc homogène à l'intérieur duquel est noyée une résistance chauffante, bloc dont les dimensions extérieures et la structure des faces externes correspondent à celles des plaques élémentaires et qui comporte également, dans ses angles, des orifices (3,4,5,6) correspondant à ceux desdites plaques embouties, les ondulations en forme de chevrons qu'il présente sur ses deux faces, étant orientées de préférence en sens inverse. En d'autres termes, la plaque chauffante permettant de réaliser une chaudière conforme à l'invention, a une structure similaire aux plaques élémentaires embouties d'un échangeur de chaleur, si ce n'est qu'elle se présente sous la forme d'un bloc parallélépipédique ayant une épaisseur nettement plus importante permettant d'incorporer une résistance chauffante dans sa partie médiane. A titre indicatif, un tel bloc chauffant aura une épaisseur de quinze à vingt millimètres, alors que les plaques élémentaires embouties disposées de part et d'autre dudit bloc ont, quant à elles, un encombrement en épaisseur de l'ordre de trois millimètres (distance entre les ondulations de chaque face). La plaque chauffante est réalisée dans tous matériaux conducteurs de la chaleur, notamment dans des matériaux tels que les métaux (aluminium par exemple), le graphite, les matières plastiques, les matériaux composites. Une telle plaque est de préférence obtenue par moulage, une résistance électrique blindée étant incorporée lors de cette opération. Avantageusement, les nervures ou ondulations, en forme de chevrons, ainsi que la gorge périphérique sur l'une des faces pour la mise en place d'un joint, éléments qui correspondent à ceux d'une plaque élémentaire emboutie d'un échangeur à plaques, sont également réalisées lors de cette opération de moulage, bien qu'il pourrait être envisagé de réaliser ultérieurement par usinage. Il convient par ailleurs de noter que dans sa forme de réalisation préférentielle, les nervures ou ondulations en forme de chevrons des deux faces externes de la plaque chauffante, sont orientées en sens opposé, contrairement aux plaques élémentaires embouties où elles sont dans le même sens, ce qui permet, lorsque l'on juxtapose plusieurs plaques chauffantes, d'obtenir un canal standard pour la circulation du fluide tout en ayant les raccordements électriques situés du même côté desdites plaques, rendant ainsi la connexion à un boitier électrique beaucoup plus simple. Enfin, les deux surfaces extérieures dudit bloc chauffant, peuvent recevoir éventuellement un traitement de surface en fonction de la nature du liquide circulant contre ces parois. Un tel traitement peut être effectué par un revêtement de polytétrafluoroéthylène, de chrome, de nickel entre autres. Grâce à un tel ensemble, il est donc possible de réaliser de manière simple la production d'eau chaude, par exemple pour une installation de chauffage ou à usage domestique (chauffe-eau), voire même la génération de vapeur. L'invention et les avantages qu'elle apporte sera cependant mieux compris grâce à l'exemple de réalisation qui suit, donné à titre indicatif mais non limitatif et qui est illustré par les schémas annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique en perspective éclatée montrant la structure générale de la forme la plus simple d'une chaudière réalisée conformément à l'invention, les fonds et tirants permettant d'associer les différents éléments entrant dans la réalisation d'une telle chaudière n'étant pas représentés par mesure de simplification; - les figures 2A et 2B sont des vues en élévation des deux faces de la plaque chauffante conforme à l'invention entrant dans la réalisation d'une telle chaudière - la figure 3 est une vue de détail de la partie cerclée de la figure 2A, montrant en coupe la structure de ladite plaque chauffante; - les figures 4 et 5 illustrent une variante d'une chaudière conforme à l'invention comportant deux plaques chauffantes juxtaposées, afin d'augmenter la puissance ainsi que les différents types de circulation de fluide qu'il est possible d'obtenir grâce à une telle chaudière. Si l'on se reporte aux schémas annexés, la chaudière conforme à l'invention qui permet de porter à une température prédéterminée un liquide caloporteur (FC) en circulation dans un circuit pouvant être ouvert ou fermé, a la structure suivante. Dans sa forme de réalisation la plus simple qui ressort de la figure 1, cette chaudière se compose essentiellement de deux plaques embouties (P) présentant sur leurs deux faces, des ondulations, par exemple en forme de chevrons orientés dans le même sens. Ces plaques (P) comportent dans leurs angles des ouvertures qui délimitent lorsqu'on les empile des passages d'entrée et de sortie permettant la circulation d'un fluide, circulation obtenue par l'intermédiaire d'un joint périphérique (J) associé à l'une des faces de chaque plaque (P). Conformément à l'invention, entre deux plaques (P), on intercale une plaque chauffante (I) qui se présente sous la forme d'un bloc homogène à l'intérieur duquel est noyée une résistance électrique (R), et ce dans sa partie médiane (voir figures 2a, 2b et 3). Cette résistance est du type blindé et son incorporation est réalisée lors du moulage du bloc (I), bloc qui peut être à base de tous matériaux conducteurs tels que métal (aluminium), graphite, matière plastique.. Les dimensions extérieures de ce bloc (I) ainsi que la structure de ces faces externes (A,B), correspondent à celles des plaques élémentaires embouties (P), si ce n'est que les ondulations en forme de chevrons présentes sur ses faces externes (A,B), sont orientées en sens inverse, ce qui présente comme avantage, ainsi que cela sera vu dans la suite de la description, de pouvoir éventuellement juxtaposer plusieurs plaques chauffantes lorsque l'on souhaite augmenter la puissance tout en ayant des raccordements électriques disposés du même côté des plaques. Si l'on se reporte à la figure 1, et en isolant les orifices (3,4,5,6) des plaques élémentaires (P) et du bloc chauffant (1) comme illustré sur cette figure, le liquide (FC) s'écoule donc contre la surface du bloc chauffant (I) dans les canaux formés par la coopération des ondulations que présentent les faces dudit bloc (I) avec celles que comportent les surfaces en regard des plaques embouties (P). A titre d'exemple, il est possible de réaliser une chaudière électrique conforme à l'invention utilisant deux plaques élémentaires embouties (P) conventionnelles pour la réalisation d'échangeurs de chaleur ayant une dimension de 350 x 102 et une épaisseur prise entre les sommets des ondulations de ladite plaque de l'ordre de trois millimètres, en interposant entre deux plaques élémentaires (P) une plaque chauffante (I) ayant une épaisseur de quinze millimètres à l'intérieur de laquelle est noyée une résistance chauffante du type blindé, ayant un diamètre d'environ 6,5 mm et une puissance de 3000 watts/220 volts. Il convient également de noter que la résistance (R) a une configuration telle qu'elle s'étend dans la partie médiane de la plaque chauffante, et ce à l'intérieur de la surface définie par le joint périphérique (I). Une telle conception permet de réaliser de manière simple des chaudières faciles à monter à partir d'éléments pouvant être produits en grande série. Par ailleurs, une telle conception permet également d'adapter facilement la puissance de la chaudière en fonction des besoins. Par exemple, la puissance étant directement proportionnelle au nombre de plaques chauffantes, il est possible de l'augmenter en juxtaposant un nombre déterminé de modules, tels qu' illustrés à la figure 2 (deux plaques embouties, une plaque chauffante), la circulation de fluide caloporteur s'effectuant toujours entre les plaques chauffantes et les plaques embouties. Une autre possibilité pour augmenter la puissance de la chaudière peut consister, comme cela ressort des figures 4 et 5, de juxtaposer plusieurs plaques chauffantes, la puissance totale étant également proportionnelle au nombre de plaques chauffantes (I). Dans ces figures 4 et 5, les plaques élémentaires embouties (P) au nombre de deux, enserrent entre elles deux plaques chauffantes (I) juxtaposées. Il est évident que l'on pourrait réaliser une chaudière comportant un nombre plus important de plaques chauffantes (I) juxtaposées. Il convient également de noter que la conception d'une chaudière conforme à l'invention permet de l'adapter très facilement en fonction du débit de fluide caloporteur et de l'écart de température que l'on souhaite avoir. Ainsi, dans la forme de réalisation illustrée à la figure 4, tous les canaux du fluide caloporteur sont en parallèles (circulation monopasse). Une telle disposition est particulièrement adaptée lorsque le débit du fluide caloporteur est important pour un faible écart de température. La figure 5 illustre le même type de chaudière adaptée à un débit de fluide faible mais avec un écart de température important, la circulation du fluide étant alors réalisée en série (circulation multipasse). Pour ce faire, il suffit d'obturer alternativement les ouvertures (3) et (6) des plaques successives. Il pourrait également être envisagé de réaliser une chaudière combinant une circulation série/parallèle. Outre la grande souplesse qu'offre la conception d'une chaudière conforme à l'invention, il convient également de noter que l'échange thermique entre la ou les plaques chauffantes et le liquide en circulation, est pratiquement parfait, uniforme, sans point de surchauffe, tel que par exemple la différence de température entre les faces de ladite plaque chauffante n'est d'environ que de 2"C pour une température à 90"C. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit précédemment, mais elle en couvre toutes les variantes réalisées dans le même esprit. Ainsi, il pourrait être envisagé d'avoir un bloc chauffant dans lequel les ondulations sur les deux faces (A,B) sont orientées dans le même sens, mais alors le montage électrique s'en trouverait compliqué. REVENDICATIONS 1/ Chaudière électrique pour liquide caloporteur (FC) en circulation dans un circuit ouvert ou fermé, se présentant sous la forme d'un ensemble comprenant des plaques (P) présentant sur leurs deux faces des ondulations, par exemple en forme de chevrons, serrées entre elles entre deux fonds au moyen de tirants, et qui comportent dans leurs angles des ouvertures (3,4,5,6) qui délimitent dans l'empilement des passages d'entrée et de sortie permettant la circulation de fluide qui s'écoule contre la surface desdites plaques dans l'espace compris entre elles, caractérisée en ce que ledit ensemble est constitué d'au moins un module comportant deux plaques (P) embouties dont les ondulations sont dans le même sens sur leurs deux faces entre lesquelles est intercalée au moins une plaque chauffante (I) se présentant sous la forme d'un bloc homogène à l'intérieur duquel est noyée une résistance chauffante (R), dont les dimensions extérieures et la structure des faces externes correspondent à celles des plaques élémentaires (P), ledit bloc comportant également, dans ses angles, des orifices (3,4,5,6) correspondant à ceux desdites plaques embouties (P), les ondulations en forme de chevrons qu'il présente sur ses deux faces (A) et (B), étant orientées de préférence en sens inverse. 2/ Chaudière électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte une pluralité de plaques chauffantes (I) juxtaposées intercalées entre deux plaques (P) embouties. 3/ Chaudière électrique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la résistance (R) est noyée dans la partie médiane de la plaque chauffante (I) et s'étend parallèlement aux faces actives, les connexions électriques étant disposées latéralement. 4/ Chaudière selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la plaque chauffante (I) est à base d'un matériau conducteur choisi dans le groupe comprenant les métaux (aluminium par exemple), les composites, graphites, matières plastiques. 5/ Chaudière selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la plaque chauffante (I) est obtenue par moulage, la résistance électrique (R) blindée étant incorporée lors de cette opération. 6/ Chaudière selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la surface extérieure active de la plaque chauffante (I) reçoit un traitement de surface. 7/ Chaudière selon la revendication 6, caractérisée en ce que le traitement de surface de la plaque chauffante (I) est constitué par un revêtement de polytétrafluoroéthylène, de chrome, de nickel.