Brevet FR3002619A1 — publié le 20140829

APPAREIL DE CHAUFFAGE A FLUIDE CALOPORTEUR La présente invention se rapporte au domaine des radiateurs pour le chauffage de locaux, en particulier au domaine des radiateurs électriques à fluide caloporteur. Un radiateur électrique à fluide caloporteur possède une enveloppe, ou corps de chauffe, qui contient un certain volume de fluide caloporteur. Dans leur réalisation classique, les radiateurs électriques à fluide caloporteur renferment un moyen de chauffage électrique de type résistance chauffante, située au contact du fluide caloporteur en partie basse de l'appareil. Ainsi, la chaleur est diffusée à l'ensemble de l'appareil par convection du fluide. Le fluide chaud, à l'état liquide, se déplace vers le haut de l'appareil selon un effet dit « effet siphon » ou « thermosiphon ». Par rapport à d'autres types de radiateurs électriques, les radiateurs à fluide caloporteur génèrent des températures et une diffusion de chaleur que l'on peut percevoir comme comparables à celles du chauffage central traditionnel. Les enveloppes sont classiquement analogues aux enveloppes des radiateurs de chauffage central à eau chaude. Les figures 1A et 1B montrent un exemple de radiateur électrique à fluide caloporteur, connu de l'art antérieur. Le radiateur 10 comporte une enveloppe 11 réalisée en un matériau conducteur thermique. L'enveloppe 11 comprend notamment une façade 12 formée d'ailettes métalliques 13 verticales. L'enveloppe 11 comprend en outre un réservoir 14 de fluide caloporteur. Le réservoir 14 comprend deux collecteurs (15, 16) tubulaires, parallèles et sensiblement horizontaux. Un premier collecteur 15 est situé proche d'une extrémité supérieure des ailettes 13. Un second collecteur 16 est situé proche d'une extrémité inférieure desdites ailettes. Chaque ailette 13 est soudée ou brasée aux collecteurs 15 et 16. Les collecteurs (15, 16) sont reliés par des canaux 17 sensiblement verticaux. Le réservoir 14 est rempli de fluide 18 caloporteur, essentiellement à l'état liquide. Le radiateur 10 est équipé d'un moyen 19 de chauffage électrique consistant en une résistance électrique immergée à l'intérieur du collecteur 16 inférieur. Avec ce type d'appareil, pour obtenir une température d'environ 80 °C en surface du corps de chauffe, il est nécessaire de porter la résistance chauffante à des températures élevées, notamment supérieures à 200 °C. Il est donc souhaitable d'utiliser des liquides caloporteurs dont la température d'ébullition est supérieure à la température maximale pouvant être atteinte par la résistance. Les liquides utilisés sont par exemple des huiles minérales ou des dérivés d'alcool. Toutefois, pour des raisons de sécurité, il est courant de ne remplir que partiellement le réservoir 14 de liquide 18, afin de laisser une réserve tampon 20 d'air. Une telle réserve représente par exemple de 10% à 20% du volume dudit réservoir 14. Cette réserve tampon permet de ne pas détériorer l'enveloppe 11 suite à une élévation de pression interne lors de la montée en température du fluide 18. Comme il est visible sur la figure 1A, le collecteur 15 supérieur est 15 largement, voire totalement occupé par la réserve tampon 20. Les mouvements de fluide entre les canaux 17, par le principe de thermosiphon, sont dès lors impossibles. La présence de la réserve tampon 20 dans le collecteur 15 dégrade donc les performances d'échange thermique du radiateur 10. 20 La présente invention permet de résoudre ce problème, en déplaçant la réserve tampon ou tout autre dispositif de régulation de pression de manière à restaurer l'effet siphon dans le réservoir de fluide caloporteur. Plus précisément, la présente invention se rapporte à un radiateur à fluide caloporteur, comprenant une enveloppe réalisée en un matériau 25 conducteur thermique, ladite enveloppe formant une première cavité interne renfermant un liquide caloporteur, ladite première cavité comportant deux conduits tubulaires disposés sensiblement horizontalement, lesdits conduits étant reliés par un ou des canaux sensiblement verticaux ; ledit radiateur comprenant également au moins un moyen de chauffage électrique apte à 30 chauffer le liquide caloporteur, ledit moyen étant préférentiellement situé dans la première cavité de l'enveloppe ; une ouverture située en partie inférieure de la première cavité relie ladite première cavité à une seconde cavité interne de l'enveloppe, les première et seconde cavités étant par ailleurs isolées l'une de l'autre, ladite seconde cavité étant située sensiblement plus haut que ladite ouverture, ladite seconde cavité renfermant un gaz. Ainsi, il est possible de situer la réserve tampon d'air dans la seconde cavité et de remplir complètement de liquide les canaux et les deux conduits. L'échange thermique à l'intérieur de l'appareil bénéficie donc de l'effet siphon, ce qui homogénéise la température dans le radiateur et améliore les performances de chauffage. Dans le cadre de l'invention, le terme « radiateur » s'étend à des appareils analogues, par exemple des sèche-serviettes. Selon un mode préférentiel de réalisation de l'invention, le ou les canaux sont décalés vers une façade du radiateur par rapport aux conduits, la seconde cavité interne étant décalée vers l'arrière du radiateur par rapport auxdits conduits. Cette disposition permet de loger la seconde cavité interne sensiblement à l'aplomb des conduits, dans le cas où ils possèdent un diamètre supérieur à l'épaisseur des canaux. L'encombrement de l'appareil est ainsi réduit. De manière alternative, la seconde cavité peut être déportée par rapport au corps principal du radiateur. La seconde cavité est alors décalée par rapport à l'aplomb des conduits. Selon une variante de réalisation, la seconde cavité peut disposer d'un mécanisme de régulation de pression, tel qu'un piston ou une membrane. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci sont données à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent : Figure 1A (déjà décrite) : vue schématique, en coupe longitudinale, d'un appareil de chauffage à fluide caloporteur de l'art antérieur ; Figure 1B (déjà décrite) : vue schématique, en coupe transversale, de l'appareil de chauffage de la figure lA ; Figure 2A : vue schématique, en coupe longitudinale, d'un appareil de chauffage à fluide caloporteur selon un mode de réalisation de l'invention ; Figure 2B : vue schématique, en coupe transversale, de l'appareil de chauffage de la figure 2A. ^ ^ ^ ^35 - Figure 3A : vue schématique, en coupe longitudinale, d'un appareil de chauffage à fluide caloporteur selon un autre mode de réalisation de l'invention ; - Figure 3B : vue schématique, en coupe transversale, de l'appareil de chauffage de la figure 3A. Les figures 2A et 2B représentent des vues en coupe d'un radiateur selon un mode de réalisation de l'invention. Le radiateur 100 comporte une enveloppe 101 réalisée en un matériau conducteur thermique, par exemple un métal de type acier ou aluminium. L'enveloppe 101 comprend notamment une façade 102 formée d'ailettes métalliques 103, sensiblement disposées selon un plan vertical. L'arrière de l'enveloppe 101 est également formé d'ailettes 103. L'enveloppe 101 comprend en outre un réservoir 104 de fluide caloporteur. Le réservoir 104 comprend deux collecteurs (105, 106) tubulaires, disposés selon des axes (107, 108) parallèles et sensiblement horizontaux. Les axes (107, 108) forment un plan sensiblement vertical. Un premier collecteur 105 est situé proche d'une extrémité supérieure des ailettes 103. Un second collecteur 106 est situé proche d'une extrémité inférieure desdites ailettes. Les collecteurs (105, 106) sont reliés par des canaux 109 sensiblement verticaux. Préférentiellement, les canaux 109 sont formés par des tubes de section sensiblement inférieure à la section des collecteurs. Le réservoir 104 est assemblé à la façade 102 de manière à assurer une conduction thermique entre ledit réservoir et ladite façade. Dans l'exemple des figures 2A et 2B, chaque ailette 103 de la façade est soudée, ou brasée, ou moulée en un seul bloc, à un canal 109. Le réservoir 104, formé par les collecteurs (105, 106) et les canaux 109, est rempli de fluide 110 caloporteur. Dans le cadre de la présente invention, le fluide est destiné à rester essentiellement à l'état liquide. Un moyen 111 de chauffage électrique, comprenant une résistance électrique, est immergé à l'intérieur du collecteur 106 inférieur, au contact du liquide 110 caloporteur. Préférentiellement, la résistance est protégée par une gaine électriquement isolante. Selon une variante, la résistance électrique peut être noyée dans le matériau de l'enveloppe. Dans l'exemple des figures 2A et 2B, les canaux 109 sont décalés vers la façade 102 du radiateur 100 par rapport au plan formé par les axes (107, 108). Contrairement au radiateur 10 des figures 1A et 1B, cette configuration permet de solidariser les canaux 109 aux ailettes 103 de la façade, ce qui améliore le transfert thermique vers ladite façade. Par ailleurs, le collecteur 106 inférieur est relié à une cavité 112 interne de l'enveloppe 101 par une ouverture 114. La cavité 112 est située au-dessus du collecteur 106 et de l'ouverture 114, dans un plan vertical sensiblement parallèle à un plan formé par les canaux 109. La cavité 112 est décalée vers l'arrière du radiateur par rapport auxdits canaux. Ainsi, la cavité 112 se trouve sensiblement à l'aplomb des collecteurs (105, 106), dont le diamètre est sensiblement égal à la somme des épaisseurs d'un canal 109 et de la cavité 112. L'épaisseur de l'appareil 100, dans une direction perpendiculaire aux canaux 109, n'est donc pas augmentée par la présence de la cavité 112. Comme il est visible sur la figure 2B, la cavité 112 est remplie d'un gaz, préférentiellement de l'air ou un gaz neutre. Ce gaz forme la réserve tampon protégeant l'enveloppe 101 en cas d'élévation de pression interne lors d'une montée en température du fluide 110. La cavité 112 ne communique avec le réservoir 104 de fluide 110 que par l'intermédiaire de l'ouverture 114. Par ailleurs, la cavité 112, les collecteurs (105, 106) et les canaux 109 forment un volume fermé. Le gaz contenu dans la cavité 112 ne peut donc s'échapper vers l'extérieur ou vers le collecteur supérieur 105. Ainsi, comme sur les figures 2A et 2B, le collecteur supérieur 105 peut être rempli majoritairement, voire complètement, de liquide 110. Les mouvements de liquide entre les canaux 109 sont donc possibles via ledit collecteur 105 par le phénomène de thermosiphon, ce qui améliore l'échange thermique au sein de l'appareil 100. La cavité 112 peut avoir la forme d'une lame d'air parallèle à une face arrière de l'appareil, comme sur les figures 2A et 2B. Selon une variante, la cavité 112 est formée par plusieurs canaux verticaux dont l'extrémité supérieure est fermée. Selon une autre variante, la cavité 112 est formée par plusieurs canaux verticaux qui communiquent par un collecteur horizontal passant par l'extrémité supérieure desdits canaux. L'enveloppe 101 du radiateur 100 peut être fabriquée par moulage d'éléments 113 comprenant un canal 109 et des tronçons de collecteurs (105, 106) et de cavité 112. Les différents éléments 113 sont ensuite assemblés par soudage ou brasage, les ailettes 103 pouvant être ajoutées avant ou après cette étape d'assemblage. Cette technique de fabrication ne nécessite qu'une modification d'un moule utilisé pour des appareils connus, tels que l'appareil 10 des figures 1A et 1B. L'enveloppe 101 du radiateur 100 est fabriquée à partir d'éléments 113 identiques. Selon une variante, il est possible de ne ménager l'emplacement de la seconde cavité 112 que dans un seul ou dans certains des éléments 113. Après fabrication de l'enveloppe, en positionnant correctement l'appareil 100, il est ensuite possible de remplir totalement de liquide 110 les canaux 109 et les collecteurs (105, 106), tout en ménageant une réserve d'air dans la cavité 112. Les figures 3A et 3B représentent des vues en coupe d'un appareil 200 de chauffage selon un autre mode de réalisation de l'invention. La figure 3A représente l'appareil vu en coupe A-A comme indiquée sur la figure 3B. La figure 3B représente l'appareil vu en coupe B-B comme indiquée sur la figure 3A. L'appareil 200 est un sèche-serviettes de type à barreaux. Il comporte une enveloppe 201 renfermant un fluide caloporteur 207 à l'état liquide. L'enveloppe 201 comprend deux collecteurs (202, 203) verticaux, reliés par des barreaux ou conduits 204 horizontaux. Préférentiellement, les barreaux 204 sont formés par des tubes de section sensiblement inférieure à la section des collecteurs. Un moyen de chauffage électrique, comprenant une résistance électrique 205, est immergé à l'intérieur d'un premier collecteur 202, au contact du liquide caloporteur. Le deuxième collecteur 203 comprend une ouverture 206 orientée vers l'arrière de l'appareil. L'ouverture 206 est située en partie inférieure du collecteur 203. Dans l'exemple de la figure 3A, l'ouverture 206 est située sensiblement au niveau du barreau 204 le plus bas. L'ouverture 206 relie le collecteur 203 à un réservoir 208 formant une cavité interne de l'appareil 200. Comme il est visible sur la figure 3B, le réservoir 208 est rempli d'un gaz qui forme la réserve tampon protégeant l'enveloppe 201, comme dans l'exemple des figures 2A et 2B. Le réservoir 208 ne communique avec le reste de l'enveloppe 201 que par l'intermédiaire de l'ouverture 206. Par ailleurs, le réservoir 208, les collecteurs (202, 203) et les barreaux 204 forment un volume fermé. Le gaz contenu dans le réservoir 208 ne peut donc s'échapper vers l'extérieur ou vers les barreaux 204 les plus élevés. En effet, si ces barreaux étaient remplis de gaz, ils seraient inefficaces pour transmettre la chaleur du fluide caloporteur. Ainsi, comme sur les figures 3A et 3B, les collecteurs (202, 203) et les barreaux 204 peuvent être remplis complètement de liquide 207, ce qui optimise le transfert thermique et l'efficacité du sèche-serviettes 200. REVENDICATIONS1.- Radiateur (100, 200) à fluide caloporteur, comprenant : - une enveloppe (101, 201) réalisée en un matériau conducteur thermique, ladite enveloppe formant une première cavité interne (104) renfermant un liquide (110, 207) caloporteur, ladite première cavité comportant deux conduits ((105, 106), 204) tubulaires disposés sensiblement horizontalement, lesdits conduits étant reliés par un ou des canaux (109, (202, 203)) sensiblement verticaux, - au moins un moyen (111, 205) de chauffage électrique apte à chauffer le liquide caloporteur, ledit radiateur étant caractérisé en ce qu'une ouverture, (114, 206) située en partie inférieure de la première cavité, relie ladite première cavité à une seconde cavité interne (112, 208) de l'enveloppe, les première et seconde cavités étant par ailleurs isolées l'une de l'autre, ladite seconde cavité étant située sensiblement plus haut que ladite ouverture, ladite seconde cavité renfermant un gaz. 2.- Radiateur (100) selon la revendication 1, tel que le ou les canaux sont décalés vers une façade (102) du radiateur par rapport aux conduits, la seconde cavité interne étant décalée vers l'arrière du radiateur par rapport auxdits conduits. 3.- Radiateur selon la revendication 1 ou la revendication 2, tel qu'un moyen (111, 205) de chauffage électrique est situé dans la première cavité de l'enveloppe. 4.- Radiateur selon la revendication 3, tel qu'un moyen de chauffage électrique comprend une résistance électrique (111, 205). 5.- Radiateur selon la revendication 4, tel que la résistance est disposée dans le conduit inférieur (106). 6.- Radiateur selon la revendication 4, tel que la résistance est disposée dans un canal (202) vertical. 7 - Radiateur selon l'une des revendications précédentes, tel que la seconde cavité est décalée par rapport à l'aplomb des conduits. 8 - Radiateur selon l'une des revendications précédentes, tel que la seconde cavité dispose d'un mécanisme de régulation de pression.10