Brevet FR2958827A1 — publié le 20111014

L'invention concerne un corps de chauffe électrique d'appareil de chauffage électrique, comportant des ailettes d'échange calorifique coopérant avec une source électrique de chaleur. Ce type de corps de chauffe comporte généralement une résistance électrique blindée, constituée d'un fil conducteur électrique résistif enrobé par de la magnésie comprimée dans un tube métallique et un diffuseur thermique, qui permet d'améliorer la diffusion thermique de l'ensemble. Le diffuseur permet de dissiper la chaleur par rayonnement et par convection, en particulier par convection naturelle. Ces corps électriques de chauffe sont notamment utilisés pour des applications de chauffage électrique de locaux, tant pour le chauffage de base que pour le chauffage d'appoint, de locaux privés ou professionnels, de logements, d'espaces publics ou de bureaux. L'invention est particulièrement utile pour les corps de chauffe électrique, dont le diffuseur thermique est réalisé par moulage ou injection. L'intégration de la source de chaleur dans le diffuseur peut être fait de multiples 20 façons : clippage, soudure, brasage, surmoulage, ou équivalent. On peut même utiliser le diffuseur en lieu et place du tube de la résistance blindée, le diffuseur étant alors muni d'une partie creuse contenant le fil résistif et la magnésie. 25 Certains corps de chauffe électrique peuvent être réalisés par moulage ou par injection, pour des raisons de coût ou de liberté de conception. Dans ce cas, il est connu d'intégrer lors du moulage un moyen d'insertion de la résistance, ou de mouler le diffuseur directement par-dessus le moyen de chauffe. 30 Il est également connu d'utiliser des ailettes droites, verticales, dans le but d'augmenter la surface d'échange thermique tout en minimisant la quantité de matière ajoutée.15 L'avantage d'augmenter la surface d'échange thermique avec l'air permet d'une part d'augmenter la section de convection, et d'autre part de diminuer la température de surface du corps de chauffe électrique, tout en offrant peu de résistance au passage de l'air. L'augmentation de la section de convection va permettre d'augmenter la quantité d'air de convection à l'intérieur de l'appareil de chauffage électrique, et donc la quantité d'air chaud sortant de l'appareil de chauffage électrique. 10 La diminution de la température de surface du corps de chauffe électrique va permettre d'abaisser la température de sortie d'air de l'appareil de chauffage électrique, diminuant ainsi l'effet de stratification thermique provoquant une différence de température d'air entre sol et plafond dans la pièce, et atténuant également les sensations d« L'invention concerne principalement des corps de chauffe électrique à convection naturelle, comportant un assemblage de deux ensembles principaux formant le corps de chauffe électrique : la source électrique de chaleur et le diffuseur dissipant la 30 chaleur produite par cette source électrique de chaleur. Un premier but de l'invention est de remédier aux inconvénients précités, en permettant d'améliorer l'efficacité de convection d'un corps de chauffe électrique,5 notamment moulé, sans pour autant augmenter la quantité de matière utilisée sur les corps de chauffe électrique standards. Un second but de l'invention est d'améliorer le confort thermique apporté à l'utilisateur par le corps de chauffe électrique. Un troisième but de l'invention est d'augmenter le coefficient d'échange thermique du diffuseur en cherchant à éliminer l'établissement des couches limites. Ce phénomène de couche limite apparaît notamment lors d'une convection de fluide le long d'une surface droite et dirigée dans le sens de la convection, notamment une ailette verticale pour une convection naturelle. Une couche d'air chaud se forme contre la dite surface ou l'ailette et « l'isole » ainsi de l'air froid qui n'est pas en contact direct avec cette ailette, ce qui limite les échanges thermiques ainsi que l'homogénéisation de température de l'air. L'invention a pour objet un corps de chauffe électrique à ailettes, comportant une source électrique de chaleur et des conformations décalées dans le sens de l'écoulement de l'air de convection à réchauffer, pour créer des surfaces non parallèles à la direction de convection constituant des bords d'attaque augmentant le coefficient d'échange thermique et diminuant la température du corps de chauffe électrique, tout en cassant le phénomène de couche limite et en permettant un mélange brassé et homogénéisé de l'air réchauffé. Selon d'autres caractéristiques alternatives de l'invention : des conformations du corps de chauffe électrique décalées dans le sens de l'écoulement de l'air de convection à réchauffer sont espacées pour limiter les pertes de charges dues aux bords d'attaque. des conformations du corps de chauffe électrique décalées dans le sens de l'écoulement de l'air de convection à réchauffer sont disposées en quinconce pour entretenir les turbulences dans l'écoulement de l'air de convection à réchauffer. • des conformations du corps de chauffe électrique décalées dans le sens de l'écoulement de l'air de convection à réchauffer sont en forme de picot, dont l'axe est sensiblement perpendiculaire au plan du corps de chauffe et, en service, sensiblement perpendiculaire au sens de l'écoulement de l'air de convection à réchauffer. • des conformations du corps de chauffe électrique décalées dans le sens de l'écoulement de l'air de convection à réchauffer sont en forme d'aileron, dont le plan est perpendiculaire au plan du corps de chauffe et, en service, parallèle au sens de l'écoulement de l'air de convection à réchauffer. ° des conformations du corps de chauffe électrique décalées dans le sens de l'écoulement de l'air de convection à réchauffer sont en forme de plaque ou ailette, dont le plan est perpendiculaire au plan du corps de chauffe et, en service, incliné par rapport au sens de l'écoulement de l'air de convection à réchauffer. ° des conformations du corps de chauffe électrique décalées dans le sens de l'écoulement de l'air de convection à réchauffer sont en forme de plaques ou ailettes courbes, dont le plan est perpendiculaire au plan du corps de chauffe. • des conformations du corps de chauffe électrique décalées dans le sens de l'écoulement de l'air de convection à réchauffer sont aérodynamiques en profil dans le sens de l'écoulement de l'air de convection à réchauffer. • la hauteur moyenne des conformations du corps de chauffe électrique dans le sens de l'écoulement de l'air de convection à réchauffer est supérieure à un centimètre. • des conformations du corps de chauffe électrique décalées dans le sens de l'écoulement de l'air de convection à réchauffer sont de hauteur inégale dans le sens de l'écoulement de l'air de convection à réchauffer. L'invention sera mieux comprise grâce à la description qui va suivre donnée à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 représente schématiquement une vue en perspective d'un premier mode de réalisation d'un corps de chauffe électrique selon l'invention.30 La figure 2 représente schématiquement une vue partielle en coupe selon la ligne II-II de la figure 1 d'un premier mode de réalisation d'un corps de chauffe électrique selon l'invention. La figure 3 représente schématiquement une vue en perspective d'un deuxième mode de réalisation d'un corps de chauffe électrique selon l'invention. La figure 4 représente schématiquement une vue en perspective d'un troisième mode de réalisation d'un corps de chauffe électrique selon l'invention. La figure 5 représente schématiquement une vue de face d'un quatrième mode de réalisation de corps de chauffe électrique selon l'invention. En référence aux figures 1 à 5, les éléments identiques ou fonctionnellement 15 équivalents sont repérés par des chiffres de référence identiques. Les corps de chauffe électrique selon l'invention sont des corps de chauffe à convection naturelle munis d'ailettes de convection, pour réchauffer l'air froid entrant en bas de l'appareil de chauffage et évacuer l'air chaud montant et sortant en 20 haut de l'appareil de chauffage. Sur la figure 1, un premier mode de réalisation d'un corps de chauffe électrique selon l'invention comporte une résistance électrique 1 blindée, constituée d'un fil conducteur électrique résistif enrobé par de la magnésie comprimée dans un tube 25 métallique. La résistance électrique blindée 1 est en forme de U et présente deux extrémités la, lb de connexion électrique. 30 La résistance électrique blindée 1 en forme de U est intégrée par moulage ou injection dans une plaque 2 d'épaisseur sensiblement constante, sur laquelle sont fixées des ailettes 3 de diffusion.10 Les ailettes 3 de diffusion sont en forme de picot. La forme de picot est une forme sensiblement cylindrique dont l'axe est perpendiculaire au plan de la plaque 2 d'épaisseur sensiblement constante du corps de chauffe électrique. Cette forme de picot est efficace pour les échanges thermiques, mais crée d'importantes pertes de charge. Ces pertes de charge sont limitées par l'utilisation de picots à section ovale ou elliptique, ou encore à section en goutte d'eau représentés à la figure 1. La plaque 2 d'épaisseur sensiblement constante du corps de chauffe électrique peut comporter des orifices traversants non représentés et ne nécessitant pas de description plus détaillée. De préférence, la plaque 2 d'épaisseur sensiblement constante du corps de chauffe électrique est réalisée en un matériau résistant à la chaleur, par exemple en métal. De préférence également, la plaque 2 d'épaisseur sensiblement constante du corps de 20 chauffe électrique possède une rigidité permettant un positionnement sur des moyens de fixation de l'appareil de chauffage . La plaque 2 d'épaisseur sensiblement constante du corps de chauffe électrique comporte à cet effet des orifices 4 de montage sur des moyens de fixation non 25 représentés de l'appareil de chauffage. Les ailettes 3 de diffusion en forme de picot sont espacées pour limiter les pertes de charges dues aux bords d'attaque et sont disposées en quinconce pour entretenir les turbulences dans l'écoulement de l'air de convection à réchauffer Les ailettes 3 de diffusion en forme de picot ou conformations du corps de chauffe électrique décalées dans le sens de l'écoulement de l'air de convection à réchauffer 30 sont de hauteur inégale dans le sens de l'écoulement de l'air de convection à réchauffer La hauteur moyenne des conformations du corps de chauffe électrique dans le sens de l'écoulement de l'air de convection à réchauffer est voisine de l'épaisseur de la résistance électrique blindée 1 en forme de U et de la plaque 2 d'épaisseur sensiblement constante. Sur la figure 2, le premier mode de réalisation d'un corps de chauffe électrique selon l'invention comporte des ailettes 3 de diffusion. en forme de picot. Cette forme de picot est efficace pour les échanges thermiques, mais crée d'importantes pertes de charge. Ces pertes de charge sont limitées par l'utilisation des picots à section ovale ou elliptique, ou encore à section en goutte d'eau représentés à la figure 1. La forme de picot est une forme sensiblement cylindrique ou tronconique, dont la face supérieure 3a est inclinée selon un angle A pour former un bord d'attaque dans le flux 4 de convection d'air montant à réchauffer. Un angle A d'environ vingt degrés d'angle, pour former un bord d'attaque dans le flux 4 de convection d'air montant à réchauffer, améliore la transmission thermique de convection à l'air montant à réchauffer et diminue la température de service de la source de chaleur. La plaque 2 d'épaisseur sensiblement constante du corps de chauffe électrique est réalisée en un matériau résistant à la chaleur, par exemple en métal, et possède une rigidité permettant un positionnement sur des moyens de fixation de l'appareil de chauffage. La plaque 2 d'épaisseur sensiblement constante du corps de chauffe électrique comporte des ailettes 3 de diffusion. en forme de picot sur la face avant et. sur la face arrière. Les ailettes 3 de diffusion en forme de picot sont espacées pour limiter les pertes de charges dues aux bords d'attaque et sont disposées en quinconce pour entretenir les turbulences dans l'écoulement de l'air de convection à réchauffer Les ailettes 3 de diffusion en forme de picot ou conformations du corps de chauffe électrique décalées dans le sens de l'écoulement de l'air de convection à réchauffer sont de hauteur inégale dans le sens de l'écoulement de l'air de convection à réchauffer La hauteur moyenne des conformations du corps de chauffe électrique dans le sens de l'écoulement de l'air de convection à réchauffer est généralement supérieure à un centimètre. Sur la figure 3, un deuxième mode de réalisation d'un corps de chauffe électrique selon l'invention comporte une résistance électrique 1 blindée, constituée d'un fil conducteur électrique résistif enrobé par de la magnésie comprimée dans un tube métallique. La résistance électrique blindée 1 est en forme de U et présente deux extrémités la, 20 lb de connexion électrique. La résistance électrique blindée 1 en forme de U est intégrée par moulage ou injection dans une plaque 12 d'épaisseur sensiblement constante, sur laquelle sont fixées des ailettes 13 de diffusion. Les ailettes 13 de diffusion sont en profil de forme aérodynamique dans le sens de l'écoulement de l'air de convection à réchauffer. Les ailettes 13 de diffusion sont en profil de forme aérodynamique sont séparées en 30 plusieurs rangs et décalées entre eux dans leur section. L'invention couvre également la variante d'un croisement des rangs d'ailettes pour une meilleure résistance mécanique globale du corps de chauffe. 25 L'invention couvre également la variante non représentée d'une optimisation de matière en augmentant la section de la base surtout autour de la résistance électrique 1 blindée, pour diffuser de façon efficace l'énergie dont elle est la source. Le profil aérodynamique des ailettes permet de maximiser les échanges thermiques en entrée de convection, donc en bas du corps de chauffe. La partie arrière de l'ailette, vers le haut du corps de chauffe permet, elle, de limiter les pertes de charge. L'invention couvre également la variante non représentée d'une augmentation de la section et de la profondeur de l'ailette en bas du corps de chauffe électrique, et d'une diminution en haut du corps de chauffe électrique, où les échanges thermiques sont plus faibles. La plaque 12 d'épaisseur sensiblement constante du corps de chauffe électrique peut 15 comporter des orifices traversants non représentés et ne nécessitant pas de description plus détaillée. De préférence, la plaque 12 d'épaisseur sensiblement constante du corps de chauffe électrique est réalisée en un matériau résistant à la chaleur, par exemple en métal. De préférence également, la plaque 12 d'épaisseur sensiblement constante du corps de chauffe électrique possède une rigidité permettant un positionnement sur des moyens de fixation de l'appareil de chauffage . 25 La plaque 12 d'épaisseur sensiblement constante du corps de chauffe électrique comporte à cet effet des orifices 14 de montage sur des moyens de fixation non représentés de l'appareil de chauffage. Les ailettes 13 de diffusion sont espacées pour limiter les pertes de charges dues aux 30 bords d'attaque et sont disposées en quinconce pour entretenir les turbulences dans l'écoulement de l'air de convection à réchauffer 20 La hauteur moyenne des conformations du corps de chauffe électrique dans le sens de l'écoulement de l'air de convection à réchauffer est voisine de l'épaisseur de la résistance électrique blindée 1 en forme de U et de la plaque 12 d'épaisseur sensiblement constante. Sur la figure 4, un troisième mode de réalisation d'un corps de chauffe électrique selon l'invention comporte une résistance électrique 1 blindée, constituée d'un fil conducteur électrique résistif enrobé par de la magnésie comprimée dans un tube métallique. 10 La résistance électrique blindée 1 est en forme de U et présente deux extrémités la, lb de connexion électrique. La résistance électrique blindée 1 en forme de U est intégrée par moulage ou 15 injection dans une plaque 22 d'épaisseur sensiblement constante, sur laquelle sont fixées des ailettes 23 de diffusion. Les ailettes 23 de diffusion sont en forme de plaque, dont le plan est perpendiculaire au plan du corps de chauffe et, en service, incliné par rapport au sens de l'écoulement 20 de l'air de convection à réchauffer d'un angle d'inclinaison voisin de sept degrés d'angle. Les ailettes 23 de diffusion en forme de plaque sont séparées en plusieurs rangs et décalées entre eux dans leur section. L'invention couvre également la variante d'un croisement des rangs d'ailettes pour une meilleure résistance mécanique globale du corps de chauffe. L'inclinaison des ailettes 23 permet dans cette configuration d'amener une surface 30 moins parallèle à la convection, ce qui améliore l'échange thermique. L'inclinaison des ailettes 23 permet d'augmenter la longueur de l'ailette 23 de diffusion sur une même épaisseur de plaque 22. 25 L'invention couvre également la variante non représentée d'une inclinaison des ailettes combinée à des ailettes 23 disposées en quinconce. Sur la figure 5, un quatrième mode de réalisation d'un corps de chauffe électrique selon l'invention comporte une résistance électrique 1 blindée, constituée d'un fil conducteur électrique résistif enrobé par de la magnésie comprimée dans un tube métallique. La résistance électrique blindée 1 est en forme de U et présente deux extrémités la, lb de connexion électrique. La résistance électrique blindée 1 en forme de U est intégrée par moulage ou injection dans une plaque 32 d'épaisseur sensiblement constante, sur laquelle sont fixées des ailettes 33 de diffusion. Les ailettes 33 de diffusion ou conformations du corps de chauffe électrique sont décalées dans le sens de l'écoulement de l'air de convection à réchauffer et de forme courbe, dont le plan est perpendiculaire au plan du corps de chauffe. 20 Les ailettes 33 de diffusion sont séparées en plusieurs rangs et décalées entre eux dans leur section. On peut également disposer ces ailettes avec une courbure identique, ou bien avec une courbure inversée entre deux rangs voisins, ou bien encore avec une courbure inversée entre deux ailettes voisines. 25 L'invention couvre également la variante non représentée d'une inclinaison des ailettes combinée à des ailettes 33 disposées en quinconce. Les ailettes courbes en forme de sinuosités permettent de présenter des surfaces non parallèles à la convection, tout en permettant un écoulement fluide aisé. L'invention décrite en référence à plusieurs modes de réalisation n'y est nullement limitée, et couvre au contraire toute modification de forme et toute variante de réalisation dans le cadre et l'esprit de l'invention. 30 Ainsi, différents types de profils d'ailettes permettent d'optimiser les échanges thermiques : grande hauteur en bas pour un meilleur échange thermique et effilement de la plaque d'épaisseur sensiblement constante pour un meilleur aérodynamisme.5 Revendications1. Corps de chauffe électrique à ailettes, comportant une source électrique de chaleur et des conformations décalées dans le sens de l'écoulement de l'air de convection à réchauffer, pour créer des surfaces non parallèles à la direction de convection constituant des bords d'attaque augmentant le coefficient d'échange thermique et diminuant la température du corps de chauffe électrique, tout en cassant le phénomène de couche limite et en permettant un mélange brassé et homogénéisé de l'air réchauffé 2. Corps de chauffe électrique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que des conformations du corps de chauffe électrique décalées dans le sens de l'écoulement de l'air de convection à réchauffer sont espacées pour limiter les pertes de charges dues aux bords d'attaque. 3. Corps de chauffe électrique, selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait que des conformations du corps de chauffe électrique décalées dans le sens de l'écoulement de l'air de convection à réchauffer sont disposées en quinconce pour entretenir les turbulences dans l'écoulement de l'air de convection à réchauffer. 4. Corps de chauffe électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que des conformations du corps de chauffe électrique décalées dans le sens de l'écoulement de l'air de convection à réchauffer sont en forme de picot, dont l'axe est sensiblement perpendiculaire au plan du corps de chauffe et, en service, sensiblement perpendiculaire au sens de l'écoulement de l'air de convection à réchauffer. 5. Corps de chauffe électrique selon la revendication 4, caractérisé par le fait que des conformations du corps de chauffe électrique décalées dans le sens de l'écoulement de l'air de convection à réchauffer sont en forme d'aileron, dont le plan est perpendiculaire au plan du corps de chauffe et, en service, parallèle au sens de l'écoulement de l'air de convection à réchauffer. 6. Corps de chauffe électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que des conformations du corps de chauffe électrique décalées dans le sens de l'écoulement de l'air de convection à réchauffer sont en forme de plaque droite, dont le plan est perpendiculaire au plan du corps de chauffe et, en service, incliné par rapport au sens de l'écoulement de l'air de convection à réchauffer. 13 7. Corps de chauffe électrique selon l'une quelconque des revendications, caractérisé par le fait que des conformations du corps de chauffe électrique décalées dans le sens de l'écoulement de l'air de convection à réchauffer sont de forme courbe, dont le plan est perpendiculaire au plan du corps de chauffe. 8. Corps de chauffe électrique selon la revendication 7, caractérisé par le fait que des conformations du corps de chauffe électrique décalées dans le sens de l'écoulement de l'air de convection à réchauffer sont aérodynamiques en profil dans le sens de l'écoulement de l'air de convection à réchauffer. 9. Corps de chauffe électrique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la hauteur moyenne des conformations du corps de chauffe électrique dans le sens de l'écoulement de l'air de convection à réchauffer est voisine de l'épaisseur de la source électrique de chaleur. 10. Corps de chauffe électrique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que des conformations du corps de chauffe électrique décalées dans le sens de l'écoulement de l'air de convection à réchauffer sont de hauteur inégale dans le sens de l'écoulement de l'air de convection à réchauffer.