Brevet FR3019630A1 — publié le 20151009

Bride chauffante et chauffe-eau équipé d'une telle bride L'invention est relative à une bride chauffante destinée au montage sur une cuve de chauffe-eau. L'invention est également relative à un chauffe-eau équipé d'une bride chauffante selon l'invention. L'élément chauffant ou moyen de chauffe d'un chauffe-eau électrique doit permettre d'élever l'eau d'une température ambiante à une température d'utilisation approchant 65°C, et de chauffer l'entière capacité du chauffe-eau dans un délai inférieur ou égal à huit heures. On connaît des éléments chauffants du type à « résistance électrique étanche blindée » généralement montés sur une bride de cuve de chauffe-eau. Il peut notamment s'agir par exemple d'un élément à résistance électrique étanche blindée avec une peau en cuivre, ou d'un élément à résistance électrique étanche blindée avec une peau en acier inoxydable. Cette technologie présente l'avantage de mettre la résistance électrique étanche blindée directement au contact de l'eau et de dissiper directement l'énergie produite par cette résistance électrique blindée dans l'eau à chauffer. Comme l'élément à résistance électrique étanche blindée est directement en contact avec l'eau, la totalité de l'énergie produite par cet élément est intégralement dissipée dans l'eau. Cependant, au contact de l'eau, l'élément blindé peut rapidement s'entartrer, se détériorer et disjoncter. En cas de détérioration de cette résistance électrique blindée, résultant par exemple d'entartrage ou de corrosion, il est nécessaire pour remplacer cette résistance électrique blindée de séparer la bride de la cuve après avoir vidangé au moins partiellement l'eau qui se trouve dans le chauffe-eau, ou généralement après avoir vidangé la totalité de l'eau du chauffe-eau. En outre, dans le cas d'une résistance blindée monophasée, il n'est pas possible d'effectuer un branchement électrique en triphasé sans ajout de résistances supplémentaires. Un autre élément chauffant connu est un élément à résistance électrique montée sur céramique par exemple et insérée dans un tube, c'est-à-dire un élément du type appelé « résistance stéatite » par les spécialistes. Cet élément chauffant est monté dans un fourreau métallique émaillé extérieurement. Ce fourreau métallique émaillé est soudé à une bride de cuve du chauffe-eau et constitue un doigt de gant de grand diamètre permettant la transmission de la chaleur engendrée par la résistante stéatite à la cuve du chauffe-eau. Le transfert thermique entre la résistance stéatite et le fourreau métallique émaillé s'effectue principalement par rayonnement. Un élément chauffant de ce type « résistance stéatite » est par exemple décrit dans le document EP 1 619 932 Bl. On peut procéder au remplacement d'une résistance stéatite insérée dans un tube, sans aucune vidange de l'eau contenue dans la cuve du chauffe-eau. Un inconvénient connu de la résistance de technologie céramique est cependant que son fort pouvoir rayonnant nécessite de protéger les ensembles électroniques et l'environnement proche de l'extrémité de la résistante stéatite par un bouclier thermique, afin de protéger le matériel, et le personnel susceptible d'intervenir sur la cuve du chauffe-eau. Ce rayonnement est en outre susceptible de provoquer des pertes énergétiques notables par transmission avec l'environnement extérieur au doigt de gant constitué par le fourreau métallique émaillé du chauffe-eau. Dans le cas d'une résistance stéatite, le montage triphasé ou monophasé est possible dans le fourreau métallique émaillé du chauffe-eau. Un bouclier thermique reste nécessaire en raison du fort pouvoir rayonnant pouvant générer des températures importantes capable de détériorer l'environnement proche et de provoquer des pertes thermiques avec l'ambiance. On a envisagé d'utiliser un élément chauffant à résistance électrique blindée inséré dans un fourreau. L'intérêt majeur de l'élément à résistance électrique blindée inséré dans un fourreau est de pouvoir assurer un remplacement sans aucune vidange de l'eau du chauffe-eau. Des essais d'insertion directe d'une résistance électrique étanche blindée dans un fourreau tubulaire émaillé d'un chauffe-eau n'ont cependant pas donné satisfaction, car l'énergie thermique fournie était limitée du fait notamment de sa forme non adaptée créant de mauvais contacts avec le fourreau tubulaire émaillé. Par conséquent, le risque d'irrégularité de la transmission thermique au revêtement et le risque de points chauds pouvant constituer des amorces de corrosion étaient grandement augmentés. Dans ces deux cas, que la résistance placée dans un fourreau émaillé soit de technologie blindée ou de technologie céramique, le taux de charge est limité, généralement autour de 5 W/cm2, afin de préserver le revêtement émaillé du fourreau. Un taux de charge supérieur risquerait en effet de générer des points de corrosion. La limitation de ce taux de charge constitue ainsi un inconvénient majeur. Un moyen de chauffe par conduction avec un taux de charge supérieur à 5 W/cm2 ne peut ainsi pas être placé dans un fourreau émaillé pour être appliqué au chauffage de l'eau sanitaire, en raison du risque correspondant de points chauds pouvant constituer des amorces de corrosion. Les cartouches chauffantes utilisées dans les moules d'injection plastique ne peuvent notamment pas être utilisées dans cette application, en raison de leur puissance surfacique importante et de leur diamètre faible : cette utilisation conduirait à engendrer des points chauds sur le fourreau émaillé, avec risque d'éclatement de l'émail et risque d'amorce de corrosion du fourreau émaillé. Un premier but de l'invention est de fournir un nouveau chauffe-eau avec une performance énergétique améliorée et une durée de vie optimale sans risque de perte thermique ou d'échauffement important du milieu avoisinant, de faciliter le remplacement de l'élément chauffant sans vidange, même partielle, de l'eau de la cuve du chauffe-eau et de permettre le choix d'une alimentation monophasée ou triphasée selon le désir de l'utilisateur. Un deuxième but de l'invention est de concilier dans une nouvelle bride chauffante des caractéristiques de bonne transmission thermique, de préférence par conduction, et des caractéristiques de puissance surfacique, tout en évitant la constitution de points chauds lors du fonctionnement, susceptibles d'engendrer des amorces de corrosion à l'intérieur de la cuve du chauffe-eau, cette nouvelle bride chauffante bénéficiant d'un montage facile et rapide. Un troisième but de l'invention est de proposer un nouvel élément chauffant dont le montage s'effectue directement sur une bride chauffante et dont l'entretien et le remplacement éventuel sont faciles et rapides. L'invention a pour objet une bride chauffante , destinée au montage sur une cuve de chauffe-eau, caractérisée par le fait que la bride chauffante comporte un élément chauffant en métal cuivreux ou en métal de conductibilité thermique voisine de celle du cuivre, monté de manière étanche en vue de réchauffer l'eau de la cuve du chauffe-eau auquel la bride chauffante est destinée. Selon d'autres caractéristiques alternatives de l'invention : - la bride chauffante comporte au moins une cartouche chauffante démontable, ladite cartouche chauffante présentant un tube extérieur généralement métallique contenant des fils conducteurs résistifs avec interposition d'un matériau isolant du genre magnésie. - un support ou platine d'élément chauffant peut être assemblé par vissage à un plateau de la bride au moyen de deux vis traversantes engagées dans des taraudages borgnes du support ou de la platine. - le support ou platine porte un doigt de gant en métal cuivreux apte à recevoir une sonde de mesure de température et un fusible de sécurité reliés à un thermostat ou moyen de régulation de température d'eau réchauffée. - la bride chauffante comporte au moins une cartouche chauffante démontable, ladite cartouche chauffante présentant un diamètre extérieur compris entre 12 et 20 millimètres. - la bride chauffante comporte au moins une cartouche chauffante démontable obturée à son extrémité distale par soudure d'un bouchon métallique au tube extérieur métallique ou par application d'un premier moyen de bouchonnage et à son extrémité froide proximale par peut être application d'un moyen de bouchonnage. - le moyen de bouchonnage choisi dans le groupe comportant : une colle, une résine, un silicone ou une association de plusieurs de ces éléments. - la bride chauffante comporte un élément chauffant en métal cuivreux ou en métal de conductibilité thermique voisine de celle du cuivre, monté de manière étanche en vue de réchauffer l'eau de la cuve du chauffe-eau. - le jeu diamétral entre le diamètre extérieur de la cartouche chauffante démontable et le diamètre intérieur de l'élément chauffant en métal cuivreux ou en métal de conductibilité thermique voisine de celle du cuivre est inférieur à un demi-millimètre à température ambiante, de manière à effectuer la transmission thermique essentiellement par conduction. - en service, le taux de charge de l'élément chauffant en métal cuivreux ou en métal de conductibilité thermique voisine de celle du cuivre est inférieur à une puissance par unité de surface de dix watts/cm2. 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 coupe diamétrale d'un chauffe-eau électrique selon l'invention. La figure 2 représente schématiquement une vue en coupe diamétrale d'une bride chauffante selon l'invention. La figure 3 représente schématiquement une vue partielle agrandie de détail de la figure 2. La figure 4 représente schématiquement une vue en perspective d'une cartouche chauffante pour alimentation monophasée. La figure 5 représente schématiquement une vue en perspective d'une cartouche chauffante pour alimentation triphasée. En référence aux figures 1 à 5, les éléments identiques ou fonctionnellement équivalents sont repérés par des chiffres de référence identiques. Sur la figure 1, un chauffe-eau selon l'invention comporte une cuve (1) entourée par une isolation (la). La cuve (1) présente de manière connue une entrée d'eau froide et une sortie d'eau chaude non représentées. La cuve (1) de chauffe-eau porte une bride (3) chauffante selon l'invention sur laquelle est monté un élément chauffant (2) en métal cuivreux, notamment en cuivre. La bride (3) chauffante est montée sur la cuve du chauffe-eau, de manière à assurer l'étanchéité de la cuve du chauffe-eau. L'élément chauffant (2) en métal cuivreux est associé à un doigt de gant (4) étanche permettant l'insertion d'une sonde de température et d'un fusible de sécurité de type connu et non représentés. La sonde de mesure de température et le fusible de sécurité non représentés sont reliés de manière connue à un thermostat ou moyen de régulation non représenté de température d'eau réchauffée. L'élément chauffant (2) contient une cartouche chauffante (5) intérieure reliée à une alimentation électrique (9) de puissance par l'intermédiaire de plusieurs fils conducteurs (6, 7, 8). Cette technologie permet le choix d'une alimentation électrique (9) monophasée ou triphasée et le remplacement de la cartouche chauffante (5) sans vidange du chauffe-eau. Un montage ajusté entre la cartouche chauffante (5) et le tube (2a) en métal cuivreux de l'élément chauffant (2) permet de limiter le rayonnement vers l'extérieur. La bonne conductivité thermique du cuivre favorise un échange de chaleur avec une répartition homogène sans point chaud sur toute la surface de l'élément chauffant (2). L'utilisation d'un élément chauffant (2) en cuivre autorise des taux de charge élevés de l'ordre de 10Watts/cm2, tout en conservant une excellente tenue à la corrosion. La cartouche chauffante (5) est une cartouche de forme générale tubulaire. Cette cartouche présente un tube extérieur généralement métallique, qui contient des fils conducteurs résistifs avec interposition d'un matériau isolant du genre magnésie. Lorsque l'alimentation de puissance électrique (9) est activée, les conducteurs résistifs insérés dans la magnésie de l'élément chauffant produisent de la chaleur par effet Joule et transmettent cette chaleur par conduction à travers l'élément chauffant (2) en cuivre. Les cartouches chauffantes utilisées dans les moules d'injection plastique peuvent être utilisées malgré leur puissance surfacique importante et leur diamètre faible, en raison de la bonne conductivité thermique du cuivre favorisant un échange de chaleur avec une répartition homogène sans point chaud sur toute la surface de l'élément chauffant (2). Le risque d'éclatement de l'émail et le risque d'amorce de corrosion de l'élément chauffant (2) en résultant sont écartés en raison de l'absence d'émail sur l'élément chauffant (2). Une cartouche chauffante (5) préférée présente un diamètre extérieur compris 10 entre 12 mm et 20 mm. La bride chauffante (3) est compatible avec une bride de l'art antérieur portant un élément chauffant électrique, par exemple un élément thermoplongeur ou une résistance stéatite. L'élément chauffant (2) est porté par la bride (3), à laquelle il est fixé de 15 manière étanche avec interposition d'un joint étanche diélectrique. Le jeu diamétral à température ambiante entre la cartouche chauffante (5) et le tube en cuivre (2a) est de préférence inférieur ou égal à un demi-millimètre, ce qui permet de transmettre directement par conduction les calories à l'élément chauffant (2) et de limiter ainsi la température de surface de la cartouche chauffante (5) en 20 permettant d'augmenter sa durée de vie. Ce montage permet donc d'assurer le transfert de chaleur de la cartouche chauffante (5) vers l'eau du chauffe-eau à travers le tube en cuivre (2a) essentiellement par conduction. On peut limiter le taux de charge à environ 10W/cm2 afin de réduire 25 l'entartrement ainsi que les phénomènes d'ébullition sur l'élément chauffant (2) en cuivre, cette ébullition pouvant créer une gêne pour l'utilisateur en résonnant dans les canalisations de l'installation d'eau chaude. Un système de fixation amovible (10) permettra d'assurer le maintien de la cartouche chauffante (5) dans le tube en cuivre (2a), et le remplacement de la 30 cartouche chauffante (5). L'élément chauffant (2) est dimensionné pour être compatible avec les caractéristiques d'un chauffe-eau électrique standard pour utilisation domestique. Sur la figure 2, une bride (3) de chauffe-eau selon l'invention est représentée en coupe diamétrale. La bride (3) comporte une plaque (3a) émaillée, sur laquelle est fixée un support ou platine (2b) de l'élément chauffant (2) et du doigt de gant (4) apte à recevoir une sonde de mesure de température et un fusible de sécurité. La platine ou support (2b) porte également deux trous taraudés (12) non débouchants et permettant la fixation de l'élément chauffant (2) par deux vis (12a) traversant l'épaisseur de la plaque (3a) émaillée. L'étanchéité entre la plaque (3a) émaillée et le support ou platine (2b) de l'élément chauffant (2) peut être assurée par un joint (2c) étanche diélectrique. Un logement de type gorge est avantageusement prévu dans le support ou platine (2b) de l'élément chauffant (2) afin d'y insérer ce joint d'étanchéité. Les deux vis (12a) traversant l'épaisseur de la plaque (3a) émaillée permettent d'assurer le maintien de l'élément chauffant (2) et assurent une compression optimale du joint (2c) étanche diélectrique entre les deux pièces (2b, 3a). L'utilisation des deux vis (12a) pour assurer la fixation du support ou de la platine (2b) grâce au vissage dans les trous taraudés non débouchants fournit une fixation simple, rapide et peu onéreuse de l'élément chauffant (2) sur la plaque (3a) émaillée, en empêchant toute rotation relative. Le doigt de gant (4) peut être placé à proximité immédiate du tube en cuivre (2a) sur le support ou la platine (2b) de l'élément chauffant (2). Sur la figure 3, l'élément chauffant (2) destiné à être monté sur la plaque (3a) émaillée comporte le support ou la platine (2b), le tube en cuivre (2a) et le doigt de gant (4) prévu pour l'insertion d'une sonde de température et d'un thermostat de sécurité fournissant des signaux électriques à la commande de l'alimentation électrique (9) du chauffe-eau électrique. De préférence, l'élément chauffant (2) est un ensemble étanche en cuivre, dans lequel le support ou la platine (2b) en laiton, le tube en cuivre (2a) et le doigt de gant (4) en cuivre sont assemblés par brasage ou soudage. Le support (2b) peut être prévu selon une conformation et une épaisseur 5 identiques ou similaires au support d'un élément chauffant électrique thermoplongeur de type connu. Cette disposition permet le remplacement d'un élément chauffant (2), ensemble comportant le support (2b), le doigt de gant (4) et le tube en cuivre (2a), par un autre ensemble comportant un support ou analogue, un doigt de gant et un 10 moyen chauffant de l'art antérieur. Grâce à cette disposition, le remplacement d'une bride chauffante par une bride standard d'un chauffe-eau de l'art antérieur peut être effectué sans nécessiter d'outillage ou de modification mécanique sur une cuve vide du chauffe-eau. Sur la figure 4, une cartouche chauffante désignée dans son ensemble par (5) 15 comporte une enveloppe métallique extérieure (5a) composée d'un tube métallique. La cartouche chauffante (5) peut être cylindrique circulaire et contient des fils électriques résistifs (13, 14, 15) permettant de réaliser l'échauffement de la cartouche. L'enveloppe métallique extérieure (5a) est de préférence réalisée en acier 20 inoxydable, pour limiter le risque de corrosion. Le tube métallique (5a) contient de la magnésie (22) tassée autour de fils résistifs conducteurs (13, 14, 15) reliés entre eux à un point neutre. La cartouche chauffante (5) comporte une partie proximale froide (Sb) et une partie distale chaude destinée à transmettre la chaleur par conduction à l'intérieur 25 d'un fourreau non représenté. Pour assurer un bon transfert thermique par conduction entre le diamètre intérieur d'un fourreau et le diamètre extérieur d'une cartouche chauffante (5) selon l'invention, on prévoit un jeu diamétral inférieur à un demi-millimètre à température ambiante. La cartouche chauffante (5) est obturée à son extrémité distale par un capuchon métallique (16) soudé au tube métallique (5a). Les fils conducteurs résistifs (13, 14, 15) sortent de la partie proximale à travers un bouchonnage (17) réalisé de préférence à l'aide de silicone. Les fils résistifs (13, 14, 15) et un conducteur de neutre non représenté en détail sont gainés par des gaines (18) en fibre de verre isolée. Les gaines (18) en fibre de verre isolée sont elles-mêmes protégées par une gaine commune (19). De manière connue, le remplissage d'oxyde de magnésium ou magnésie et la compression autour des fils électriques résistifs (13, 14, 15) permet de maintenir l'ensemble des fils électriques résistifs (13, 14, 15) dans la position désirée au sein du tube (5a). L'obturation du tube métallique (5a) par un bouchon métallique (16) soudé et par un coulage de silicone (17) empêche l'humidité de pénétrer à l'intérieur du tube. Le bouchon métallique (16) soudé peut être remplacé, sans sortir du cadre de la présente invention, par un bouchon en résine ou autre matière, fixé à demeure par soudure, collage ou tout autre moyen mécanique ou chimique. En prévoyant un diamètre extérieur de cartouche chauffante (5) supérieur à 12 mm, le taux de charge ou puissance émis par unité de surface est voisin du taux de charge des cartouches chauffantes utilisées dans les moules d'injection plastique. En prévoyant une épaisseur augmentée du tube ou fourreau , de préférence supérieure à 0,5 millimètre de métal cuivreux, la répartition de la température est uniformisée et la charge thermique est diminuée, en évitant ainsi les points chauds et les amorces de corrosion. Sur la figure 5, une autre cartouche chauffante désignée dans son ensemble par (5) comporte une enveloppe métallique extérieure (21), un remplissage de magnésie (22) et deux éléments métalliques conducteurs (23, 24) reliés entre eux pour former l'âme électrique résistive chauffante de la cartouche chauffante (5). La cartouche chauffante (5) comporte une partie proximale froide (5b) et une partie distale chaude destinée à transmettre la chaleur par conduction à l'intérieur d'un tube ou fourreau non représenté. Les bouchons (26a, 27a) peuvent être constitués par un moyen de bouchonnage choisi dans le groupe comportant : une colle, une résine, un silicone ou une association de plusieurs de ces éléments. La fixation et le maintien d'une cartouche chauffante (5) dans le fourreau peut être effectué par tout moyen mécanique connu, de manière analogue au moyen décrit dans le document EP 1 619 932 B 1. Dans le cas d'une cartouche chauffante (5) du type monophasé représenté à la figure 5, le diamètre extérieur du tube (21) peut être compris entre 12 et 20 millimètres de diamètre sans sortir du cadre de la présente invention. Grâce à l'invention, il n'est pas nécessaire de vidanger la cuve du chauffe-eau pour effectuer un remplacement d'une cartouche chauffante (5). En outre, la prévision d'une extrémité froide de cartouche chauffante permet d'éviter les pertes thermiques par le bas et le rayonnement vers l'environnement, susceptibles d'engendrer des détériorations de matériel ou des risques de brûlure pour le personnel. L'invention décrite en référence à plusieurs modes de réalisation ne leur est nullement limitée, mais couvre au contraire toute modification de forme et toute variante de réalisation dans le cadre des revendications annexées. REVENDICATIONS1. Bride (3) chauffante , destinée au montage sur une cuve (1) de chauffe-eau, caractérisée par le fait que la bride (3) chauffante comporte un élément chauffant (2) en métal cuivreux ou en métal de conductibilité thermique voisine de celle du cuivre, monté de manière étanche en vue de réchauffer l'eau de la cuve (1) du chauffe-eau auquel la bride (3) chauffante est destinée. 2. Bride (3) chauffante selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la bride (3) chauffante comporte au moins une cartouche chauffante démontable, ladite cartouche (5) chauffante présentant un tube (5a) extérieur généralement métallique contenant des fils conducteurs résistifs avec interposition d'un matériau isolant (22) du genre magnésie. 3. Bride (3) chauffante selon la revendication 2, caractérisée par le fait qu'un support ou platine (2b) d'élément chauffant (2) est assemblé par vissage à un plateau de la bride (3) au moyen de deux vis traversantes (12a) engagées dans des taraudages (12) borgnes du support (2b) ou de la platine. 4. Bride (3) chauffante selon la revendication 3, caractérisée par le fait que le support ou platine ((2b) porte un doigt de gant (4) en métal cuivreux apte à recevoir une sonde de mesure de température et un fusible de sécurité reliés à un thermostat ou moyen de régulation de température d'eau réchauffée. 5. Bride (3) chauffante selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la bride (3) chauffante comporte au moins une cartouche chauffante démontable, ladite cartouche (5) chauffante présentant un diamètre extérieur compris entre 12 et 20 millimètres. 6. Bride (3) chauffante selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la bride (3) chauffante comporte au moins une cartouche chauffante démontable obturée à son extrémité distale par soudure d'un bouchon métallique (16) au tube extérieur (5a) métallique ou par application d'un premier moyen de bouchonnage et à son extrémité froide (5b) proximale par application d'un moyen de bouchonnage (17, 26a, 27), et par le fait que le moyen de bouchonnage est choisi dans le groupecomportant : une colle, une résine, un silicone ou une association de plusieurs de ces éléments. 7. Chauffe-eau électrique comportant une cuve (1) et une bride (3) chauffante selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la bride (3) chauffante comporte un élément chauffant (2) en métal cuivreux ou en métal de conductibilité thermique voisine de celle du cuivre, monté de manière étanche en vue de réchauffer l'eau de la cuve (1) du chauffe-eau. 8. Chauffe-eau selon les revendications 6 et 7, caractérisé par le fait que le jeu diamétral entre le diamètre extérieur de la cartouche chauffante démontable et le diamètre intérieur de l'élément chauffant (2) en métal cuivreux ou en métal de conductibilité thermique voisine de celle du cuivre est inférieur à un demi-millimètre à température ambiante, de manière à effectuer la transmission thermique essentiellement par conduction. 9. Chauffe-eau selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisé par le fait que, en service, le taux de charge de l'élément chauffant (2) en métal cuivreux ou en métal de conductibilité thermique voisine de celle du cuivre est inférieur à une puissance par unité de surface de dix watts/cm2.