Brevet FR3035199A1 — publié le 20161021

Appareil de chauffage rayonnant comprenant un élément chauffant à inertie thermique La présente invention concerne un appareil de chauffage rayonnant comprenant un élément chauffant à inertie thermique. Les appareils de chauffage rayonnants dans le secteur du chauffage domestique sont les appareils qui transmettent le plus de chaleur par rayonnement. Cette caractéristique est due à leurs éléments actifs internes. Un inconvénient des appareils de chauffage rayonnants actuels est le fait que les éléments actifs qui les composent n'ont que très peu d'inertie, c'est-à-dire que leur capacité à stocker de la chaleur pour la restituer petit à petit est très faible. De plus, il est classique que l'alimentation électrique de ces appareils de chauffage soit basée sur un fonctionnement de cycles en mode tout ou rien. Par exemple, ces appareils utilisent des dispositifs interrupteurs, tels que des thyristors, commandés par des dispositifs de régulation, agissant sur l'alimentation électrique des éléments chauffants équipant les appareils de chauffage. Ces thyristors ont des cycles d'ouverture et de fermeture rapides de sorte qu'en cours de fonctionnement, de tels appareils de chauffage rayonnant, du fait de leur technologie de fonctionnement en mode tout ou rien et de leur faible inertie, présentent des fluctuations de température très rapides pour les éléments chauffants impliquant, pour ces derniers, de fortes contraintes mécaniques et procurant un inconfort indésirable à l'utilisateur. Selon un autre exemple, dans certains pays, par exemple au Japon, il est courant que l'alimentation des circuits électriques, notamment des radiateurs, s'effectue selon un mode de fonctionnement constitué par une succession de périodes d'alimentation et de périodes de coupure, en alternance, ce délestage permettant de palier les problèmes de pénuries d'électricité, ou encore pour des raisons tarifaires. Là encore, cette alternance d'alimentation du chauffage génère des fluctuations de température très importantes dans les appareils de chauffage domestique et apporte donc un inconfort pour l'utilisateur qui ressent une sensation de froid dans l'habitation équipée des appareils de chauffage 3035199 2 domestiques, très rapidement après la coupure de l'alimentation du circuit de chauffage. Pour remédier à cela, une solution simple est de surchauffer l'habitation en augmentant la consigne de fonctionnement des appareils de chauffage juste 5 avant la coupure du circuit électrique de chauffage. Cette surchauffe permet ainsi à l'habitation de maintenir une température élevée durant toute la phase de coupure d'alimentation électrique. L'inconvénient d'une telle solution est évidemment une surconsommation d'énergie, et donc une surcharge aggravée du réseau électrique. 10 Pour éviter les inconvénients ci-dessus, il est connu de lisser la température radiative ressentie par les utilisateurs. Pour cela, il a été proposé de réduire la durée des cycles d'ouverture et de fermeture en alimentation électrique des éléments chauffants des chauffages domestiques. Or une telle caractéristique engendre une surchauffe importante 15 des interrupteurs, notamment des thyristors, susceptible de détériorer ces derniers. Une autre solution connue pour lisser la température radiative ressentie par les utilisateurs est d'équiper les appareils de chauffage avec des éléments chauffants radiatif ayant beaucoup d'inertie, c'est-à-dire ayant une grande 20 capacité à stocker de la chaleur pour la restituer petit à petit. Cependant, l'inconvénient de l'utilisation d'éléments chauffants présentant beaucoup d'inertie est que le temps de mise en chauffe de l'appareil est plus long. Or il est important, lors de la remise en alimentation du circuit de chauffage, que les appareils de chauffage reviennent rapidement à température pour fournir 25 au plus vite à l'utilisateur un confort optimum. De plus, les éléments chauffants à inertie existants ont des caractéristiques radiatives moins intéressantes que celles des résistances chauffantes sans inertie. Un but de la présente invention est de proposer des appareils de chauffage exempts des inconvénients susmentionnés. 3035199 3 Selon l'invention, ce but est atteint grâce à un appareil de chauffage hybride par rayonnement pour le chauffage d'une pièce comprenant : - un bâti dont une face arrière du bâti est apte à être fixée à une paroi de la pièce, le bâti étant relié à un élément rayonnant formant une façade de 5 l'appareil ; - un premier élément chauffant sans inertie ; - un deuxième élément de chauffage à inertie ; ledit élément chauffant sans inertie étant configuré pour pouvoir, d'une part, chauffer l'élément rayonnant, d'autre part, chauffer le second élément de 10 chauffant à inertie par convection naturelle. Ainsi, la vitesse de montée en température de l'élément chauffant à inertie est accélérée par l'action de l'élément de chauffage sans inertie et la température radiative ressentie par l'utilisateur est lissée par l'action dudit élément chauffant à inertie, de sorte que l'appareil de chauffage rayonnant selon l'invention présente 15 une capacité thermique inertielle avantageuse tout en conservant une bonne réactivité de chauffe. Selon un exemple de réalisation avantageux, les éléments chauffants équipant l'appareil de chauffage selon l'invention sont placés l'un au-dessus de l'autre, l'élément chauffant à inertie étant disposé au dessus de l'élément 20 chauffant sans inertie. Selon un exemple de réalisation avantageux, l'élément chauffant sans inertie est un profilé en aluminium traversé par une résistance électrique. Selon un exemple de réalisation avantageux, l'élément chauffant à inertie comprend une source électrique chauffante et une coque apte à être chauffée 25 par la source électrique et définissant au moins un compartiment destiné à recevoir un matériau à inertie, ladite coque étant configurée, d'une part, pour transmettre de la chaleur à son environnement extérieur et, d'autre part, pour conduire la chaleur au matériau à inertie. 3035199 4 Selon un exemple de réalisation, la source de chaleur est constituée par une résistance électrique chauffante. Selon un mode de réalisation avantageux, la coque définit deux compartiments disposés de part et d'autre de la résistance électrique chauffante. 5 Selon un exemple de réalisation avantageux, chaque compartiment 4 est cloisonné de sorte à former une pluralité de canaux thermiques dans lesdits compartiments. Selon un mode de réalisation avantageux, le matériau à inertie contenu dans le compartiment est un solide tel que de la céramique, de la fonte, ou un 10 liquide tel qu'un fluide caloporteur, ou une combinaison d'un matériau à inertie solide et d'un matériau à inertie liquide ou un matériau à changement de phase. Selon un exemple de réalisation avantageux, le matériau à inertie contenu dans le ou les compartiments est de la roche de silice pure, calcinée et broyée à granulométrie variable. 15 Selon un exemple de réalisation avantageux, la coque est réalisée en tout matériau présentant de bonnes caractéristiques de conduction thermique et de faible émissivité. Selon, un exemple de réalisation préféré, la coque est réalisée dans un matériau comprenant une émissivité comprise entre 0 et 0,5. 20 Selon un mode de réalisation préféré, la coque est constituée par un profilé en aluminium. Selon un exemple de réalisation avantageux, les compartiments sont ouverts à au moins l'une de leurs extrémités pour permettre le remplissage du matériau à inertie et coopèrent avec un dispositif de fermeture. 25 Selon un exemple de réalisation avantageux, l'élément chauffant à inertie est fermé à chacune de ses extrémités par un dispositif de fermeture et est configuré pour pouvoir être fixé à l'intérieur de l'appareil de chauffage rayonnant 3035199 5 par l'intermédiaire de moyens de fixation dont sont munis lesdits dispositifs de fermeture. Les buts, caractéristiques et avantages ci-dessus, et d'autres encore, ressortiront mieux de la description détaillée qui suit et de la figure 1 annexée 5 illustrant une vue à caractère schématique et en coupe d'un appareil de chauffage par rayonnement selon l'invention. On se réfère audit dessin pour décrire des exemples intéressants quoique nullement limitatifs, de réalisation de l'appareil de chauffage par rayonnement selon l'invention. 10 Selon l'invention, l'appareil de chauffage hybride par rayonnement 10 pour le chauffage d'une pièce comprend : - un bâti 11 dont une face arrière 12 du bâti est apte à être fixée à une paroi de la pièce, le bâti étant relié à un élément rayonnant 13 formant une façade de l'appareil ; 15 - un premier élément chauffant sans inertie 14 ; - un deuxième élément de chauffage à inertie 1. L'élément chauffant sans inertie 14 est configuré pour pouvoir, d'une part, chauffer l'élément rayonnant 13, d'autre part, chauffer le second élément de chauffant à inertie 1 par convection naturelle. 20 Selon l'exemple de réalisation préféré et avantageux illustré, les éléments chauffants à inertie 1 et sans inertie 14 sont placés l'un au-dessus de l'autre à l'intérieur de l'appareil de chauffage rayonnant 10, l'élément actif à inertie 1 étant placé au dessus de l'élément chauffant sans inertie 14. L'élément chauffant à inertie 1 comprend : 25 - une source de chaleur 2 par exemple constituée par une résistance électrique ; 3035199 6 - une coque 3 apte à être chauffée par la source de chaleur et définissant au moins un compartiment 4 destiné à recevoir un matériau à inertie 5. La coque 3 est configurée, d'une part, pour transmettre de la chaleur à son environnement extérieur et, d'autre part, pour conduire la chaleur au 5 matériau à inertie et chauffer ce dernier. De manière avantageuse, lorsque l'élément chauffant à inertie possède un seul compartiment 4, ce dernier est configuré de sorte à être centré sur la source de chaleur 2, de sorte que ce dernier chauffe uniformément ledit compartiment ainsi que le matériau à inertie 5 qu'il renferme. 10 Selon l'exemple illustré, la coque 3 définit deux compartiments 4 disposés de part et d'autre de la résistance électrique 2. Ces compartiments présentent une section de forme pétaloïde dont la largeur décroit en s'éloignant de la résistance chauffante 1. De la sorte, cette forme particulière rend la température de surface de la source de chaleur 2 plus homogène dans les phases de 15 chauffage car la quantité de matière à inertie est plus importante à l'endroit où le potentiel de stockage de chaleur est plus important, c'est-à-dire à proximité de ladite source de chaleur. Ce potentiel décroit en s'éloignant de ladite source de chaleur de sorte que, inversement, la quantité de matière à inertie est moins importante à l'endroit où le potentiel de stockage de chaleur est le moins 20 important, c'est-à-dire à distance de ladite source de chaleur. Selon un exemple de réalisation non illustré, chaque compartiment 4 est cloisonné de sorte à former une pluralité de chambres à l'intérieur de chaque compartiment 4. De telles cloisons définissent des canaux thermiques dans les compartiments 4 permettant d'augmenter la conductivité thermique dans le 25 matériau inertiel. De manière avantageuse, la coque 3 est réalisée en tout matériau présentant de bonnes caractéristiques de conduction thermique et une faible émissivité. Selon un mode de réalisation avantageux, ladite coque 3 est réalisée dans un matériau présentant une émissivité comprise entre 0 et 0,5. 30 Préférentiellement, ladite coque est constituée par un profilé en aluminium. 3035199 7 De plus, pour augmenter la surface d'échange thermique de l'élément chauffant à inertie, au moins une portion de ladite coque 3 présente une surface rugueuse définissant des vaguelettes ou ailettes, améliorant ainsi le transfert thermique entre l'élément chauffant et son environnement. Avantageusement, 5 l'élément chauffant à inertie est positionné dans l'appareil de chauffage selon l'invention de sorte que cette surface rugueuse soit disposée en regard de la façade 13. Dans un mode de réalisation, le matériau à inertie 5 contenu dans les compartiments 4 est un solide tel que de la céramique ou de la fonte. Dans un 10 autre mode de réalisation, le matériau à inertie est un liquide tel qu'un fluide caloporteur (par exemple une huile végétale ou minérale). Dans encore un autre mode de réalisation, les compartiments 4 reçoivent une combinaison d'un matériau à inertie solide et d'un matériau à inertie liquide ou d'un matériau à changement de phase. Dans un mode de réalisation préféré, le matériau inertiel 15 5 est de la roche de silice pure, calcinée et broyée à granulométrie variable. En effet, la roche de silice pure est un matériau présentant de bonnes qualités inertielles. De plus, la granulométrie variable permet d'optimiser le remplissage des compartiments 4. L'élément chauffant à inertie ainsi réalisé est tel que la source de chaleur 20 2 n'est pas en contact avec le matériau à inertie 5. De la sorte, la source de chaleur 2 chauffe dans un premier temps la coque 3, puis la chaleur est stockée dans le matériau inertiel, ce qui procure une meilleure réactivité de l'élément chauffant à inertie. Avantageusement, les compartiments 4 sont ouverts à au moins l'une de 25 leurs extrémités pour permettre le remplissage du matériau à inertie et coopèrent avec un dispositif de fermeture, encore appelé bouchon dans le présent exposé. Ces bouchons sont réalisés dans un matériau dont le coefficient de dilatation est inférieur à celui du matériau dans lequel est réalisée la coque 3, de sorte à améliorer la fermeture des compartiments 4 par la réaction de dilatation des 30 matériaux constituant l'élément chauffant à inertie 1 lors de sa montée en température. 3035199 8 De préférence, les bouchons destinés à fermer les compartiments 4 à au moins l'une de leurs extrémités sont réalisés en acier. En effet, la coque étant réalisée en aluminium, elle présente un coefficient de dilatation supérieur à celui des bouchons exécutés en acier. Ainsi, lorsque l'élément chauffant à inertie 1 5 chauffe, l'aluminium constituant la coque chauffe et se dilate de manière plus importante que l'acier constituant les bouchons ce qui a pour effet d'améliorer la fermeture des compartiments 4. Cette configuration permet d'assurer une bonne étanchéité des compartiments 4. Toutefois, pour améliorer cette étanchéité, les compartiments 10 sont munis de joints d'étanchéité. Dans un mode de réalisation, les bouchons sont fixés, à demeure ou de manière amovible à la coque 3, par exemple par sertissage ou vissage. De manière avantageuse, le dispositif de fermeture comporte des moyens de fixation (non représentés) permettant la fixation de l'élément chauffant à 15 inertie à l'intérieur de l'appareil de chauffage rayonnant selon l'invention. Ces moyens de fixation sont configurés pour supporter le poids de l'élément chauffant à inertie. Ces moyens de fixation présentent la flexibilité nécessaire pour absorber la dilatation thermique lors du chauffage dudit élément. Ces moyens de fixation sont positionnés perpendiculairement à la direction de la 20 dilatation de la coque de l'élément chauffant à inerte permettant ainsi de supprimer les effets de glissement de l'élément chauffant à inertie dus à la dilatation pouvant générer des bruits indésirables. L'élément chauffant sans inertie 14, par exemple constitué par un profilé en aluminium 15 classique traversé par une résistance électrique 16, est 25 configuré, d'une part, pour chauffer l'élément rayonnant 13 et par conséquent, chauffer par rayonnement la pièce dans lequel l'appareil est installé et les personnes à proximité, et, d'autre part, pour chauffer, par convection naturelle, le second élément de chauffant à inertie 1. Lors de la mise en marche de l'appareil de chauffage 10, l'élément 30 chauffant sans inertie 14 monte très rapidement en température et chauffe ainsi 3035199 9 rapidement la pièce par rayonnement de sorte à fournir un certain confort de chauffage à l'utilisateur. En effet, le chauffage par rayonnement chauffe directement les objets et les personnes qui reçoivent ledit rayonnement, en général infrarouge. Le chauffage par rayonnement donne donc rapidement à 5 l'utilisateur une sensation de chaleur sans même que l'air qui l'entoure ne soit chaud. De plus, l'élément chauffant sans inertie étant disposé en-dessous de l'élément chauffant à inertie 1, ce dernier est chauffé par convection naturelle de l'air circulant à l'intérieur de l'appareil de chauffage 10. L'air chauffé par l'élément 10 chauffant sans inertie 14 situé en partie basse de l'appareil de chauffage monte et cède ses calories à l'élément chauffant à inertie 1 situé en partie haute de l'appareil de chauffage 10. Ainsi, la montée en température de l'élément chauffant à inertie 1 est accélérée. Sous l'action du chauffage par conduction de la coque 3 chauffée à la fois 15 par la résistance électrique 2 et la convection thermique susmentionnée, le matériau à inertie 5 contenu dans les compartiments 4 emmagasine de l'énergie thermique de sorte que lorsque l'appareil de chauffage atteint une température une température de consigne de fonctionnement et entame son fonctionnement par cycles, par exemple commandé par des thyristors connus en soi, ledit 20 matériau à inertie 5 restitue lentement l'énergie thermique stockée, ce qui a pour effet de lisser la température radiative ressentie par l'utilisateur. REVENDICATIONS1. Appareil de chauffage hybride (10) par rayonnement, caractérisé en ce qu'il comprend : un bâti (11) dont une face arrière (12) du bâti est apte à être fixée à une paroi de la pièce, le bâti étant relié à un élément rayonnant (13) formant une façade de l'appareil ; un premier élément chauffant sans inertie (14) ; un deuxième élément de chauffage à inertie (1) ; ledit élément chauffant sans inertie (14) étant configuré pour pouvoir, d'une part, chauffer l'élément rayonnant et, d'autre part, chauffer le second élément de chauffant à inertie (1) par convection naturelle. 2. Appareil de chauffage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments chauffants (1, 14) équipant l'appareil de chauffage selon l'invention sont placés l'un au-dessus de l'autre, l'élément chauffant à inertie (1) étant disposé au dessus de l'élément chauffant sans inertie (14). 3. Appareil de chauffage (10) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément (1) à inertie comprend une source de chaleur préférentiellement électrique (2) et une coque (3) apte à être chauffée par la source de chaleur (2) et définissant au moins un compartiment (4) destiné à recevoir un matériau à inertie (5), ladite coque (3) étant configurée, d'une part, pour transmettre de la chaleur à son environnement extérieur et, d'autre part, pour conduire la chaleur au matériau à inertie (5). 4. Appareil de chauffage (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la coque (3) de l'élément chauffant à inertie (1) définit deux compartiments (4) disposés de part et d'autre de la source électrique chauffante (2). 3035199 11 5. Appareil de chauffage (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le matériau à inertie (5) contenu dans le ou les compartiments (4) de l'élément chauffant à inertie (1) est un solide tel que de la céramique, de la fonte, ou un liquide tel qu'un fluide caloporteur, ou 5 une combinaison d'un matériau à inertie solide et d'un matériau à inertie liquide ou un matériau à changement de phase. Appareil de chauffage (10) selon la revendication 5, caractérisé en ce que le matériau à inertie (5) contenu dans le ou les compartiments (4) de l'élément chauffant à inertie (1) est de la roche de silice pure, calcinée et broyée à granulométrie variable. Appareil de chauffage (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la coque (3) de l'élément chauffant à inertie (1) est réalisée en tout matériau présentant de bonnes caractéristiques de conduction thermique et une faible émissivité. Appareil de chauffage (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la coque (3) de l'élément chauffant à inertie (1) est réalisée en tout matériau présentant une émissivité comprise entre 0 et 0,5. Appareil de chauffage (10) selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que la coque (3) de l'élément chauffant à inertie (1) est 25 constituée par un profilé en aluminium. 10. Appareil de chauffage (10) suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les compartiments (4) de l'élément chauffant à inertie (1) sont ouverts à au moins l'une de leurs extrémités pour 30 permettre le remplissage du matériau à inertie (5) et coopèrent avec un dispositif de fermeture. 11. Appareil de chauffage (10) selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dispositif de fermeture de l'élément chauffant à inertie (1) est 6. 10 7. 15 8. 20 9. 3035199 12 réalisé dans un matériau dont le coefficient de dilatation est inférieur à celui du matériau dans lequel est réalisée la coque (3). 12. Appareil de chauffage (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'élément chauffant à inertie (1) est fermé à chacune de ses extrémités par un dispositif de fermeture et est configuré pour pouvoir être fixé à l'intérieur de l'appareil de chauffage rayonnant par l'intermédiaire de moyens de fixation dont sont munis lesdits dispositifs de fermeture.