Brevet FR2945107A1 — publié le 20101105

L'invention concerne le domaine des radiateurs à fluide caloporteur, et plus particulièrement celui des radiateurs électriques à fluide caloporteur. Les radiateurs à fluide caloporteur sont des appareils de chauffage comportant des éléments tubulaires chauffants à l'intérieur desquels circule le fluide véhiculant les calories, de manière à réchauffer par conduction l'ensemble du radiateur. Ces appareils sont de deux types principaux, à savoir les radiateurs de chauffage central pour lesquels le fluide caloporteur est chauffé à l'extérieur des radiateurs, au moyen d'une chaudière à laquelle sont raccordés lesdits radiateurs, et les radiateurs électriques dans lesquels le fluide caloporteur est chauffé par une ou plusieurs résistance(s) électrique(s) disposée(s) au sein des éléments chauffants et circule en circuit fermé dans les dits éléments. Ces radiateurs sont généralement constitués d'un assemblage d'éléments tubulaires comprenant un collecteur pour le fluide chaud (raccordé à la canalisation d'eau chaude provenant de la chaudière ou incorporant la résistance électrique chauffante) et un collecteur pour le fluide refroidi, les deux collecteurs étant reliés entre eux par des conduits de liaison fluidique permettant la circulation du fluide entre lesdits collecteurs. Ces conduits de liaison, multiples et de formes diverses (par exemple sous la forme de tubes cylindriques ou de lames parallélépipédiques), sont eux mêmes réchauffés par le fluide caloporteur provenant du collecteur chaud les traversant, et servent à leur tour à chauffer l'air du local où est installé le radiateur. Certains radiateurs sont également utilisés comme sèche serviettes. Pour augmenter la surface d'échange entre le radiateur et l'air du local, on multiplie le nombre de conduits de liaison chauffants. Cependant, plus on augmente le nombre de conduits de liaison plus on augmente le nombre de connexions à ménager entre les collecteurs et les conduits de liaison, et par conséquent on multiplie le risque de défauts d'étanchéité, et les coûts de fabrication associés. En effet, pour tous ces radiateurs à fluide caloporteur la liaison entre les différents éléments tubulaires est un point critique car cette liaison doit assurer la communication du fluide entre ces derniers sans générer de fuite de fluide. De manière classique pour assurer cette liaison entre les différents éléments tubulaires, ces derniers sont soudés entre eux. Dans les zones de contact entre ces éléments tubulaires des orifices sont réalisés avant l'assemblage ; ces orifices permettent le passage du fluide caloporteur entre les collecteurs et les conduits de liaison. L'étanchéité est assurée par la réalisation d'un cordon de soudure continu au niveau de ladite zone de contact entourant chaque orifice. L'inconvénient majeur est que ceci implique de multiples soudures par radiateur, donc autant de risques de fuites. Par exemple, pour un seul radiateur comportant deux collecteurs et dix conduits de liaison, il faut réaliser de manière fiable vingt soudures. En outre, l'opération de soudure est relativement complexe techniquement car elle nécessite un savoir-faire particulier, des moyens industriels conséquents, une phase de préparation manuelle io pour la mise en place des différents éléments les uns par rapport aux autres, des gabarits de maintien pendant la soudure et des fours de cuisson (dans le cas d'une soudure par brasage par exemple). Plus le nombre de soudures est important, plus la durée du cycle de fabrication d'un radiateur augmente et par conséquent son coût. Un premier but de l'invention est donc de réduire les risques de défaut d'étanchéité 15 dans les radiateurs électriques à fluide caloporteur. Un autre but de l'invention est de simplifier la fabrication de tels radiateurs et de réduire leur coût. Encore un but de la présente invention est de réduire, voire de supprimer, le nombre de soudures entre les éléments tubulaires permettant la circulation du fluide entre ces 20 derniers. Pour réduire les risques de défaut d'étanchéité au niveau des soudures des éléments assurant la liaison fluidique du fluide caloporteur, ont été proposés des radiateurs dans lesquels la communication entre les tubes chauffants verticaux (collecteur chaud et collecteur froid) est réduite à seulement deux conduits de liaison de fluide. 25 L'échange thermique avec l'environnement extérieur est alors assuré principalement par des lames chauffantes horizontales ou une plaque continue solidarisée(s) directement sur la paroi externe des tubes chauffants verticaux. Ces lames chauffantes et cette plaque sont généralement en matériau plein. Cependant, il apparaît que le rendement thermique de tels radiateurs ne peut être 30 augmenté car la température maximale des parois des tubes chauffants ne peut dépasser une valeur d'environ 80-90 °C pour des raisons de sécurité, car les tubes chauffants sont directement accessibles par l'utilisateur. Un autre de but de l'invention est donc également d'augmenter l'efficacité thermique de radiateurs à fluide caloporteur. A cet effet, la présente invention propose un radiateur électrique à fluide caloporteur comprenant au moins un tube chauffant vertical, fermé à ses deux extrémités et renfermant une résistance électrique chauffant ledit fluide caloporteur, caractérisé en ce que le radiateur est constitué d'au moins deux éléments modulaires, chaque élément modulaire comprenant au moins un élément tubulaire vertical, solidaire d'un io diffuseur se présentant sous la forme d'ailettes se raccordant à l'élément tubulaire selon une direction sensiblement parallèle à l'axe longitudinal dudit élément tubulaire, et est logé dans une enveloppe entourant ledit élément tubulaire, l'élément tubulaire étant maintenu en place dans ladite enveloppe par des entretoises constituées par au moins une partie des ailettes du diffuseur, permettant à ladite enveloppe d'être 15 chauffée par conduction, et en ce que les éléments modulaires sont empilés verticalement et raccordés entre eux au niveau de leurs éléments tubulaires chauffants par des pièces de liaison, de manière à ce que l'élément tubulaire de chaque élément modulaire constitue un tronçon du tube chauffant du radiateur. Les ailettes sont des ailettes de préférence verticales, disposées tangentiellement ou 20 radialement à la paroi de l'élément tubulaire, par exemple selon une disposition rayonnante autour dudit élément tubulaire, et se développant selon une direction sensiblement parallèle à l'axe longitudinal de ce dernier. Ces ailettes forment entre elles des conduites de circulation d'air et participent ainsi, (en plus de la participation de certaines d'entre elles au chauffage par conduction de l'enveloppe) à la circulation, 25 au sein de ladite enveloppe, de l'air chauffé par convection par les éléments chauffants (notamment élément tubulaire et diffuseur). De préférence, l'enveloppe est également sensiblement parallèle à l'axe longitudinal de l'élément tubulaire. En outre, les éléments tubulaires ne sont pas en contact direct avec l'enveloppe 30 externe de l'élément modulaire, ce qui autorise le chauffage de ces éléments tubulaires, et donc du fluide caloporteur, à des températures bien supérieures (par exemple des températures voisines de 100 °C à 140 °C) aux températures habituelles des collecteurs chauffants de l'état de la technique, limitées à environ 80 à 90 °C selon les normes actuellement en vigueur, pour des raisons de sécurité pour l'utilisateur. Aucune soudure n'est nécessaire pour l'assemblage du radiateur, les risques de fuite 5 sont ainsi diminués. Le montage est simplifié, ce qui abaisse les coûts de fabrication. Les extrémités fermées du tube chauffant sont de préférence équipées de bouchon servant à leur obturation, le fluide caloporteur y étant retenu en circuit fermé. Pour réduire les risques de fuite au niveau de ces bouchons d'obturation, ces bouchons sont de préférence réalisés conformément à la demande de brevet FR 07/09080 du même io demandeur. De manière avantageuse, l'enveloppe de chaque élément modulaire est ouverte au moins partiellement à ses deux extrémités, dites supérieure et inférieure, de manière à permettre la circulation de l'air chauffé par convection, d'un élément modulaire à l'autre. La périphérie d'au moins une des enveloppes peut également présenter des 15 orifices ou des discontinuités, telles que des ouvertures sous forme de fentes, en vue de favoriser encore la convection, notamment à proximité de l'enveloppe dudit élément modulaire. Selon un mode de réalisation avantageux, chaque élément modulaire comporte une pluralité d'éléments tubulaires verticaux logés dans une même enveloppe, chaque 20 élément tubulaire étant raccordé à l'élément tubulaire correspondant de l'élément modulaire adjacent, de manière à former une pluralité de tubes chauffants pour ledit radiateur. Ainsi, ces éléments tubulaires forment des tubes chauffants indépendants les uns des autres fermés à chacune de leurs extrémités, chacun de ces tubes renfermant une 25 résistance électrique chauffante de type thermoplongeur, permettant ainsi de constituer des tubes chauffants autonomes ne comportant aucune connexion de fluide entre eux. Aucune soudure n'est alors requise entre les tubes chauffants. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de la présente invention : - le ou tes élément(s) tubulaire(s) chauffant(s), les ailettes du diffuseur et l'enveloppe 30 sont réalisés en un même matériau ; - le ou les élément(s) tubulaire(s) chauffant(s), les ailettes du diffuseur et l'enveloppe sont réalisés d'un seul tenant ; - le ou les élément(s) tubulaire(s) chauffant(s), les ailettes du diffuseur et l'enveloppe sont réalisés en un matériau thermiquement conducteur, notamment métallique, et de 5 préférence à base d'aluminium moulé ou extrudé. L'extrusion permet de fabriquer les modules de grandes dimensions, dont la longueur peut être facilement adaptée à la hauteur requise de l'élément modulaire. Le moulage permet de fabriquer un grand nombre de modules d'égales dimensions, la puissance du radiateur étant proportionnelle au nombre d'éléments modulaires. Ces io éléments modulaires moulés diffèrent des éléments modulaires moulés de l'art antérieur comportant par exemple deux éléments tubulaires reliés par une conduite de liaison assurant la communication du fluide caloporteur entre les éléments tubulaires qui nécessitent l'introduction dans le moule d'une tige amovible appelée "poignard", pour la réservation d'un volume correspondant à cette conduite, dont la zone d'accès 15 doit après retrait de la tige être obturée par soudure. En effet la fabrication des éléments modulaires du radiateur selon l'invention, ne comportant aucune communication de fluide caloporteur entre les deux tubes chauffants, ne requiert pas la présence d'une telle tige, et économise ainsi autant d'opérations de soudure. De manière avantageuse, les pièces de liaison de deux éléments tubulaires d'éléments 20 modulaires adjacents sont des raccords vissés à leurs deux extrémités aux dits éléments tubulaires, par exemple de type raccords "nipples", c'est-à-dire des tubes cylindriques filetés à chaque extrémité selon des pas inversés, ceci permettant le rapprochement des éléments modulaires lorsque la pièce de liaison est vissée simultanément sur les éléments tubulaires adjacents. 25 L'invention va être décrite plus en détail au moyen d'exemples de réalisation illustratifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 est une vue en élévation d'un radiateur électrique à fluide caloporteur selon un premier mode de réalisation de la présente invention, comportant un seul tube chauffant ; 30 La figure 2 est une vue en coupe selon AA du radiateur de la figure 1 ; La figure 3 est une vue en élévation d'un radiateur électrique à fluide caloporteur selon un second mode de réalisation de la présente invention, comportant deux tubes chauffants ; La figure 4 est une vue en coupe selon BB du radiateur de la figure 3 ; Les figures 5 et 6 sont des vues de dessus de deux variantes de disposition des ailettes du premier mode de réalisation du radiateur de l'invention ; La figure 7 est une vue de dessus d'un radiateur électrique selon une autre variante du second mode de réalisation de la présente invention, constitué d'un assemblage de deux éléments modulaires ; io La figure 8 est une vue en coupe selon CC du radiateur de la figure 7 ; La figure 9 est une vue en perspective de dessus partielle d'un radiateur selon la présente invention, constitué d'un assemblage d'au moins quatre éléments tubulaires. Dans l'exemple présenté sur la figure 1, le radiateur électrique à fluide caloporteur est constitué de deux éléments modulaires 1 superposés comprenant chacun un élément 15 tubulaire 2 unique vertical, ici de forme cylindrique, renfermant un fluide caloporteur. Ces deux éléments tubulaires 2 raccordés au moyen d'une pièce de liaison 12 forment un tube chauffant 20 en partie inférieure duquel est disposée une résistance électrique 4 chauffante reliée à une alimentation électrique (non représentée). Le fluide caloporteur est chauffé par la résistance électrique 4 et circule dans 20 l'ensemble du tube chauffant 20 constitué de deux éléments tubulaires 2 délimités par des parois 3 sensiblement cylindriques. Les extrémités du tube chauffant 20 sont obturées par un bouchon (non représenté sur cette figure, référencé 19 sur la figure 8). Comme visible sur la vue en coupe de la figure 2, les parois 3 de l'élément tubulaire 2 25 se prolongent radialement par des ailettes 8 verticales qui servent d'entretoises entre ladite paroi 3 de l'élément tubulaire 2 et respectivement les parois avant 5 et arrière 6 et les parois latérales 7 de ladite enveloppe 11 de l'élément modulaire 1. Ainsi les parois de l'élément tubulaire 2, constituant l'élément chauffant primaire du module, ne sont pas en contact direct avec l'enveloppe 11 de l'élément modulaire 1. Le fluide caloporteur peut ainsi être porté à des températures importantes, par exemple entre 100 et 140 °C, alors que l'enveloppe 11 reste à une température compatible avec une utilisation par le public, c'est-à-dire une température ne dépassant pas environ 80 à 90 °C. L'épaisseur des ailettes peut aller de 0,5 à 5 mm environ. Dans cet exemple, l'élément tubulaire vertical est de forme cylindrique, mais pourrait être de section ovale, carrée, rectangulaire, hexagonale ou de toute autre forme. Selon un second mode de réalisation de la présente invention représenté aux figures 3 et 4, chaque élément modulaire 1 renferme deux éléments tubulaires 2 parallèles verticaux, pour constituer deux tubes chauffants 20, chaque tube chauffant renfermant io une résistance électrique 4 chauffante dans sa partie inférieure. La disposition des ailettes 8 peut être conforme à la disposition du premier mode de réalisation présenté à la figure 2. Comme visible sur les figures 4, 7 et 9, peuvent être prévues des entretoises supplémentaires reliant directement deux parois en vis-à-vis de l'enveloppe 11 (référencées 9 sur la figure 4), ainsi que des entretoises reliant les 15 deux éléments chauffants entre eux (référencées 10). Toutes ces entretoises créent également entre elles des conduits verticaux de circulation d'air, comme visible sur la figure 9. Deux variantes supplémentaires de disposition des ailettes dans le cas d'un élément tubulaire unique dans l'élément modulaire 1 sont présentées sur les figures 5 et 6. 20 Dans l'exemple de la figure 5, les ailettes 8 sont à disposition rayonnante autour de l'élément tubulaire 2. Dans la variante présentée à la figure 6, les ailettes sont à disposition tangentielle par rapport à la paroi 3 cylindrique de l'élément tubulaire 2. Dans ce cas, elles relient directement la paroi avant 5 et la paroi arrière 6 de l'enveloppe 11 de l'élément 25 modulaire en intégrant une zone de liaison tangentielle à la paroi 3, le long d'une génératrice de l'élément tubulaire 2. Un tel élément modulaire 1 peut être réalisé en matériau à base d'aluminium ou d'alliage d'aluminium fabriqué par moulage ou par extrusion. Le procédé de fabrication par moulage est avantageux car il permet notamment d'obtenir des éléments modulaires 1 tous identiques dont le nombre peut être choisi pour répondre aux exigences de puissance souhaitée du radiateur. Le radiateur électrique selon l'invention peut être constitué, comme représenté à la 5 figure 7, uniquement de deux éléments modulaires 1 assemblés au moyen de pièces de liaison 12 au niveau de leurs éléments tubulaires 2 respectifs. Ces pièces de liaison 12 peuvent être des raccords appelés "nipples", c'est-à-dire des raccords tubulaires filetés à leurs deux extrémités selon des pas de vis inversés. Dans ce cas, les tubes chauffants 20 sont constitués des éléments tubulaires 2 de chaque 10 élément modulaire 1 et des parois internes des raccords "nipples" entre lesdits éléments tubulaires. L'étanchéité entre deux éléments modulaires est assurée par un joint silicone/élastomère ou un joint klingérite mis en place entre la paroi de chaque élément tubulaire et le raccord "nipple" avant vissage de ce dernier. On voit sur cette vue de dessus du radiateur selon l'invention, que seules certaines 15 ailettes 8 servent d'entretoises entre l'élément tubulaire 2 et l'enveloppe 11. En vue d'obtenir une température de l'enveloppe 11 acceptable pour l'utilisateur, le fabricant ajustera le nombre de ces ailettes et leur longueur entre la paroi de l'élément tubulaire 2 et l'enveloppe 11 pour limiter ou augmenter la température de l'enveloppe par conduction. 20 L'enveloppe 11 peut être partiellement ou totalement ouverte à ses extrémités supérieure et inférieure de manière à permettre la circulation de l'air chauffé par convection le long des ailettes et entretoises verticales avec l'environnement extérieur du radiateur et l'élément modulaire adjacent. Cependant, un capot de protection (par exemple une grille ou une plaque munie de fentes permettant l'évacuation de l'air) de 25 l'élément tubulaire chauffant de l'élément modulaire supérieur peut être prévu pour des raisons de sécurité vis-à-vis des utilisateurs. En outre, des orifices ou des fentes 13, par exemple verticales comme représentées sur la figure 7, peuvent être ménagés dans la paroi de façade de l'enveloppe 11, ces orifices ou fentes sont de faibles dimensions, permettant de favoriser encore la 30 circulation de l'air tout en interdisant l'accès direct de l'utilisateur à la paroi 3 de l'élément tubulaire 2. Un tel radiateur à fluide caloporteur ne comporte aucune soudure et donc aucun risque de fuite du fluide, ce dernier étant renfermé dans des tubes chauffants 20 individuels et autonomes sans connexion entre eux.5 REVENDICATIONS1. Radiateur électrique à fluide caloporteur comprenant au moins un tube chauffant (20) vertical, fermé à ses deux extrémités et renfermant une résistance électrique (4) 5 chauffant ledit fluide caloporteur, caractérisé en ce que le radiateur est constitué d'au moins deux éléments modulaires (1), chaque élément modulaire (1) comprenant au moins un élément tubulaire (2) vertical, solidaire d'un diffuseur se présentant sous la forme d'ailettes se raccordant à l'élément tubulaire (2) selon une direction sensiblement parallèle à l'axe longitudinal 10 dudit élément tubulaire, et est logé dans une enveloppe (11) entourant ledit élément tubulaire (2), l'élément tubulaire étant maintenu en place dans ladite enveloppe (11) par des entretoises constituées par au moins une partie des ailettes (8) du diffuseur, permettant à ladite enveloppe d'être chauffée par conduction, et en ce que les éléments modulaires (1) sont empilés verticalement et raccordés entre 15 eux au niveau de leurs éléments tubulaires (2) chauffants par des pièces de liaison (12), de manière à ce que l'élément tubulaire (2) de chaque élément modulaire (1) constitue un tronçon du tube chauffant (20) du radiateur. 2. Radiateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe de chaque élément modulaire (1) est ouverte au moins partiellement à ses deux extrémités, dites 20 supérieure et inférieure, de manière à permettre la circulation de l'air chauffé par convection, d'un élément modulaire à l'autre. 3. Radiateur selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque élément modulaire (1) comporte une pluralité d'éléments tubulaires (2) verticaux logés dans une même enveloppe (11), chaque élément tubulaire (2) étant 25 raccordé à l'élément tubulaire correspondant de l'élément modulaire adjacent, de manière à former une pluralité de tubes chauffants (20) pour ledit radiateur. 4. Radiateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la périphérie d'au moins une des enveloppes (11) présente des orifices ou des discontinuités, telles que des ouvertures sous forme de fentes (13), en vue de 30 favoriser la convection. i0 5. Radiateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour chaque élément modulaire (1), le ou les élément(s) tubulaire(s) (2) chauffant(s), les ailettes du diffuseur et l'enveloppe (11) sont réalisés en un même matériau. 6. Radiateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour chaque élément modulaire (1), le ou les élément(s) tubulaire(s) (2) chauffant(s), les ailettes du diffuseur et l'enveloppe (11) sont réalisés d'un seul tenant. 7. Radiateur selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que, pour chaque élément modulaire (1), le ou les élément(s) tubulaire(s) (2) chauffant(s), les ailettes du diffuseur et l'enveloppe (11) sont réalisés en un matériau métallique, de préférence à base d'aluminium moulé ou extrudé. 8. Radiateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les pièces de liaison (12) de deux éléments tubulaires (2) d'éléments modulaires (1) adjacents sont des raccords vissés à leurs deux extrémités aux dits éléments tubulaires (2).