Brevet FR2783597A1 — publié le 20000324

L'invention est relative au radiateur électrique à accumulation. Elle concerne plus spécialement les radiateurs électriques dont le corps d'échange est composé d'éléments métalliques verticaux comprenant chacun une âme verticale tubulaire communiquant avec celles des éléments juxtaposés en formant un circuit pour un fluide d'homogénéisation, tel que de l'air, les âmes tubulaires des éléments étant découpés pour former un logement contenant un corps de chauffe composé d'une résistance électrique insérée dans un bloc prismatique en céramique. Ces âmes sont solidaires d'ailettes se faisant face et délimitant, à l'intérieur même du radiateur, des canaux verticaux pouvant être empruntés par l'air du local, circulant par convection naturelle. La régulation de l'alimentation électrique des résistances est sous la dépendance d'un thermostat réagissant aux sollicitations d'un capteur de la température d'ambiance et d'un capteur de la température du corps céramique. Dans ce type de radiateur, l'alimentation électrique de la résistance électrique est interrompue dès que le corps de chauffe dépasse une température plafond, de l'ordre de 170 C, mais aussi dès que la température d'ambiance atteint une valeur de référence, préalablement fixée sur le thermostat et pouvant varier dans une plage de l'ordre de 4 C à 25 C. Si le contrôle de la température du corps céramique permet de limiter la consommation électrique, aussi bien au démarrage qu'en exploitation, et d'allonger ainsi la durée de vie de la résistance, il s'avère que la régulation par la température d'ambiance est bien souvent faussée par des indications erronées du capteur correspondant, soit en raison de sa position par rapport au corps de chauffe, soit en raison de sa proximité du corps d'échange surchauffé par des ponts thermiques avec le corps de chauffe. Dans ces conditions de fonctionnement, l'alimentation de la résistance est arrêtée prématurément, de sorte de que le radiateur ne parvient pas à fournir la température d'ambiance affichée. Pour remédier à cela, il faut augmenter la valeur de la température de référence, et en conséquence, la consommation électrique. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients en améliorant la construction du radiateur et la précision de la mesure de la température d'ambiance, afin de réduire, pour une température d'ambiance affichée, la consommation d'énergie. A cet effet, le radiateur selon l'invention comporte, contre l'un des deux éléments extrêmes, partiellement découpés pour former les extrémités du logement pour le corps de chauffe, un élément technique, similaire aux autres éléments mais sans découpe interne communiquant avec le logement pour le corps de chauffe, ledit élément technique, d'une part, supportant contre sa face externe opposée aux autres éléments, respectivement, en partie supérieure, le thermostat et, en partie inférieure, un boîtier pour le capteur de température d'ambiance, et, d'autre part, formant goulotte d'isolement pour les câbles électriques amenant le courant à la résistance et pour ceux allant aux deux capteurs, tandis que le corps de chauffe en céramique est espacé des éléments métalliques du corps d'échange par des patins réalisés en matériau isolant thermique. Ainsi, le radiateur électrique comporte, en complément de ses éléments du corps d'échange participant au transfert calorifique entre le corps céramique et l'air du local, un élément supplémentaire qui, s'il participe à la formation du circuit du fluide d'homogénéisation, a essentiellement pour fonction d'éloigner le thermostat et le capteur de la température d'ambiance des éléments chauds. Parallèlement, la suppression de tout pont thermique entre le corps de chauffe et le corps d'échange, combiné avec une bonne circulation du fluide d'homogénéisation à l'intérieur des éléments, élimine les défauts de montage pouvant former des ponts thermiques influant sur les valeurs mesurées par le capteur de température d'ambiance. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple, une forme d'exécution du radiateur électrique selon l'invention. Figure 1 est une vue de côté en élévation avec coupe partielle de ce radiateur, Figure 2 est une vue en coupe suivant II-II de figure 1, Figure 3 est une vue en coupe suivant III-III de figure 1, à échelle agrandie, Figure 4 est un graphique des courbes de montée en température et de régulation, respectivement, de la température d'ambiance et de la température du corps céramique, comparé à la courbe de consommation de courant électrique. Comme montré à la figure 1, le radiateur est composé d'un corps d'échange 2 composé de plusieurs éléments métalliques standard 3 découpés intérieurement pour former une cavité ou logement 4 dans lequel est disposé un corps de chauffe 5. Dans ce corps, est insérée une résistance électrique 6 qui est alimentée par des câbles électriques 7 sous le contrôle d'une régulation comprenant un thermostat 8, un capteur 9 de la température du corps de chauffe 5 et un capteur 10 de la température ambiante. Chacun des éléments 3, réalisé de préférence an alliage d'aluminium, est composé d'une âme tubulaire verticale 11 dont les extrémités sont munies de tronçons tubulaires horizontaux 12 (figure 1). Les différents tronçons tubulaires 12, supérieurs et inférieurs, de chaque élément sont reliés par des douilles filetées aux tronçons tubulaires des éléments verticaux juxtaposés pour former, dans le radiateur, un premier circuit 13a pour un fluide d'homogénéisation, tel que de l'air. Comme montré à la figure 2, l'âme tubulaire 11 de chaque élément est solidaire d'ailettes 14 qui forment, avec les ailettes des éléments juxtaposés, des canaux verticaux communiquant, par le haut et par le bas, avec l'air ambiant et constituant un deuxième circuit d'échange 13b avec cet air ambiant. La figure 3 montre que, de façon connue, le logement 4 pour le corps de chauffe 5 est constitué par un usinage de section rectangulaire dans chacun des éléments recevant le corps de chauffe, cet usinage traversant de part en part les éléments centraux et étant réalisés sur la moitié de la largeur sur les éléments extrêmes 3a, 3b. Le corps de chauffe 5 est constitué par deux éléments en céramique, à savoir un élément 5a muni d'une rainure, non représentée, dans laquelle la résistance est insérée et fixée par une barbotine de céramique, et un couvercle 5b rapporté sur le premier élément par une barbotine de céramique 5c. Pour éviter tout contact de la résistance avec l'air ambiant, la barbotine la liant dans sa rainure est répartie dans toute la rainure et est soumise à un traitement de déshydratation par séchage au four. C'est seulement après ce séchage que l'élément 5a reçoit le couvercle 5b. De la même façon, pour éviter tout contact avec l'air et tout phénomène de réaction et d'humidité, la barbotine de liaison entre les éléments 5a et 5b est déshydratée par traitement dans un four. Grâce à cette construction, la résistance est totalement enfermée et de manière étanche à l'air dans le corps céramique. Selon l'invention, ce radiateur comporte, en plus des éléments fonctionnels 3, 3a, 3b participant au soutien du corps céramique et recevant par rayonnement les calories de celui-ci, un élément supplémentaire 20, dit technique. Cet élément est similaire aux éléments standard dans la mesure o partant d'un même élément de base, il ne comporte aucune découpe permettant de former le logement 4 ou communiquant avec ce logement. Cet élément supplémentaire est fixé contre l'un des deux éléments extrêmes, à savoir celui 3b. Son âme tubulaire verticale 11 est perforée localement pour permettre de passer dans la goulotte qu'elle constitue, les câbles 7 d'alimentation de la résistance 6 et le câble 9a reliant le capteur 9 au thermostat 8. Par contre et comme montré figure 2, le câble 22 allant du capteur de température d'ambiance 10 au thermostat 8 est disposé contre la face externe de l'âme tubulaire 11 dans l'une des goulottes formées par.les ailettes 14 solidaires de cette âme, et ceci afin d'éloigner au maximum ce câble des zones les plus chaudes du radiateur. La figure 1 montre également que le capteur 10 est disposé en partie inférieure dans un boîtier 23, alors que le thermostat 8 est disposé en partie supérieure. Cet aménagement évite également que le capteur 10 soit influencé par les éventuels dégagements de chaleur du thermostat. Ce thermostat est muni d'un bouton de marche- arrêt 24, d'un témoin lumineux de fonctionnement 25 et d'un bouton de réglage de la température de référence 26. Ce thermostat est avantageusement un thermostat électronique à fonctionnement cyclique court sur des séquences de moins d'une minute. Dans une forme d'exécution, il est du type à quatre ordres, à savoir: - un ordre marche- arrêt, - un ordre d'abaissement par fil pilote, - un ordre de mise en fonctionnement hors gel, - et un ordre de fonctionnement à la température de confort choisie, soit 21 C. Il est avantageusement disposé dans un boîtier muni d'ouvertures de ventilation pour limiter l'échauffement consécutif au fonctionnement de ses composants (triac). Suivant une autre caractéristique de l'invention, montrée aux figures 1 et 3, le corps céramique 5 est disposé dans le logement 4 et est empêché de venir en contact avec les parties métalliques des éléments 3, 3a, 3b dans lequel ce logement est réalisé, c'est-à-dire est éloigné des parois de ce logement par des patins 27, montrés figures 1 et 3. Chaque patin est réalisé en matériau isolant thermique, et par exemple en stratifié verre-résine résistant à une température supérieure à la température de fonctionnement de ce corps de chauffe. Grâce à cette combinaison de caractéristiques, lorsque le radiateur est en fonctionnement, l'énergie calorifique dégagée par la résistance 6 se transmet uniquement au corps céramique 5, ce qui évite tout risque d'oxydation et de détérioration par contact avec l'air et augmente la longévité de cette résistance. L'énergie calorifique accumulée dans le corps 5 se transmet uniquement par rayonnement aux éléments métalliques 3, 3a, 3b juxtaposés qui, par leur bon coefficient de conductibilité thermique, répartissent cette énergie sur toute la longueur du radiateur. L'élévation à la température du corps de chauffe 5 crée par convection naturelle, d'une part, la circulation dans le premier circuit d'échange 13a, et d'autre part, dans le deuxième circuit 13b, dans les canaux entre éléments en assurant ainsi une élévation rapide de la température de l'air ambiant. Grâce à l'élément technique 20 éloignant le thermostat 8 et le capteur 10 des éléments les plus chauds et protégeant les câbles 7, 9 et 22 contre toute surchauffe, les mesures effectuées par le capteur 10 et les réactions du thermostat 8 ne sont pas perturbées par les zones les plus chaudes du radiateur. La disposition du capteur d'ambiance 10 à la base du radiateur permet également à ce capteur de mesurer la température ambiante de la couche d'air la plus froide et non la température de l'air surchauffé par passage dans le radiateur, comme c'est le cas lorsque ce capteur est disposé en partie haute. La combinaison de ces différentes dispositions cumulée à la mise en oeuvre d'un thermostat électronique à fonctionnement cyclique, permet de réduire la consommation électrique d'au moins 25 %. A la figure 4 o le temps t est indiqué en ordonnées, la variation de température, respectivement, du corps de chauffe 5 et de la température ambiante, sont représentées par les courbes A et B, tandis que la courbe C représente l'alimentation en électricité de la résistance 6. Ce graphique montre que, pour amener la température d'une pièce, d'une valeur T1 par exemple de 12 C, à une valeur T2 de 21 C, la température du corps céramique varie d'abord de T1 à une valeur T4 de 170 C, puis, ensuite oscille entre la valeur plafond T4 et une valeur plancher T3 de l'ordre de 160 C. Dans la phase de démarrage, grâce à l'alimentation par thermostat suivant des cycles courts, la consommation de courant électrique est réduite, sans que cela influence l'élévation de température du corps céramique, grâce à l'inertie propre à ce matériau. Dès que le corps céramique a atteint sa température maximale T4, l'alimentation électrique est interrompue, la température continue à augmenter en raison du temps nécessaire aux calories pour passer de la résistance à l'extérieur du corps céramique 5 dans la zone du capteur 9. Dès que la température du corps céramique descend au dessous de la valeur plancher T3, la résistance 6 est à nouveau alimentée, toujours suivant des cycles de séquences courtes afin d'économiser l'énergie, en bénéficiant de l'inertie du corps céramique. REVENDICATIONS 1. Radiateur électrique à accumulation dont le corps d'échange (2) est composé d'éléments métalliques verticaux (3, 3a, 3b) comprenant chacun une âme verticale tubulaire (11) communiquant avec celles des éléments juxtaposés en formant un circuit (13a) pour un fluide d'homogénéisation, tel que de l'air, les âmes tubulaires (11) des éléments (3, 3a, 3b) étant découpées pour former un logement (4) contenant un corps de chauffe (5) composé d'une résistance électrique (6) insérée dans un bloc prismatique en céramique, radiateur dans lequel la régulation de l'alimentation électrique de la résistance (6) est sous la dépendance d'un thermostat (8) réagissant aux sollicitations d'un capteur (10) de la température d'ambiance et d'un capteur (9) de la température du corps de chauffe (5), caractérisé en ce qu'il comporte, contre l'un des deux éléments extrêmes (3a, 3b), partiellement découpés pour former les extrémités du logement pour le corps de chauffe (5), un élément technique (20), similaire aux autres éléments (3, 3a, 3b), mais sans découpe interne communiquant avec le logement (4) pour le corps de chauffe (5), ledit élément technique (20), d'une part, supportant contre sa face externe opposée aux autres éléments, respectivement, en partie supérieure, le thermostat (8) et, en partie inférieure, un boîtier (23) pour le capteur (10) de température d'ambiance, et, d'autre part, formant goulotte d'isolement pour les câbles électriques (7) amenant le courant à la résistance (6) et pour ceux (9a, 22) allant aux deux capteurs (9, 10), tandis que le corps de chauffe (5) est espacé des éléments métalliques (3, 3a, 3b) par des patins (27) réalisés en matériau isolant thermique. 2. Radiateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément technique extrême (20) communique par son âme tubulaire (11) avec le circuit (13a) pour le fluide d'homogénéisation thermique. 3. Radiateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le câble (22) allant du capteur (10) de la température d'ambiance au thermostat (8) est disposé dans une goulotte contre la face externe de l'élément technique5 (20). 4. Radiateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ses moyens de régulation comprennent un thermostat électronique (8) à fonctionnement cyclique court.