FR2824386A1 - Modular convection radiator using working fluid heated by central heating installation or heated electrically, uses separate heating enclosure for electric element and transfers heat by conduction to fluid in radiator - Google Patents

Modular convection radiator using working fluid heated by central heating installation or heated electrically, uses separate heating enclosure for electric element and transfers heat by conduction to fluid in radiator Download PDF

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Abstract

The convection radiator has the electric heating element in a closed housing at the bottom of the radiator. The radiator itself can be filled with any working fluid, including water, and heat from the electric element is transferred by conduction through the wall of the element housing. Water can also be supplied from a central heating system. The heater modules are grouped to form a battery.

Description

(1) selon l'une des revendications prcdenLes.(1) according to one of the preceding claims.

I, La présente invention concerne un dispositif de chauffage à partir d'un fluide caloporteur chauffé par l'énergie électrique ou mixte électrique chauffage central à eau chaude, destiné aux habitations, bureaux, ateliers, etc L'essentiel de la présente invention consiste dans l'amélioration significative du rendement thermique obtenu à partir d'un échangeur modulable, constitué de pièces spécifiques formant un ensemble appelé élément (21) (fig. 0), caractérisé en ce qu'il comporte un collecteur haut (2) et un collecteur bas (2), espacés par un profl spécifique (1) dont la hauteur peut varier. En face arrière du profil (1) et à la base de 1'élément (21) est disposé un bloc de production et diffusion de la chaleur (3) (fig. 0 et fig. 1) constitué d'une résistance électrique blindée (ou autre) (6) (fig. 1 et fig. 4) noyée dans une plaque conductrice de la chaleur (5) en aluminium (ou autre), elle même fixée par collage ou montage mécanique sur le profil (1) et isolée thermiquement de l'air ambiant par un carter en matériau isolant (4), l'ensemble formant une petite chaudière. La puissance thermique restituce par chaque élément (21) dépend de la hauteur du profil (1) et de la puissance électrique du bloc (3). Le bloc de puissance (3) transmet son énergie calorifique au fluide caloporteur par conduction à travers la paroi arrière du profil (1); le fluide n'est donc pas en contact direct avec le bloc de puissance (3), cela permet d'utiliser simplement de l'eau comme fluide caloporteur. Un radiateur électrique basé sur le principe de la présente invention peut étre connecté sans difficulté à une installation de chauffage central à eau chaude et permettre un fonctionnement mixte suivant les besoins. Pour une hauteur d'élément (21) donnée et un bloc de puissance (3), la puissance thermique nécessaire pour  I, The present invention relates to a heating device from a heat transfer fluid heated by electrical energy or mixed electric central heating with hot water, intended for dwellings, offices, workshops, etc. The essence of the present invention consists in significant improvement in thermal efficiency obtained from a modular exchanger, made up of specific parts forming an assembly called element (21) (fig. 0), characterized in that it comprises a high collector (2) and a collector bottom (2), spaced by a specific profl (1) whose height can vary. On the rear face of the profile (1) and at the base of the element (21) is disposed a block for producing and diffusing heat (3) (fig. 0 and fig. 1) consisting of an armored electrical resistance ( or other) (6) (fig. 1 and fig. 4) embedded in a heat conducting plate (5) made of aluminum (or other), itself fixed by gluing or mechanical mounting on the profile (1) and thermally insulated ambient air through a casing made of insulating material (4), the assembly forming a small boiler. The thermal power restored by each element (21) depends on the height of the profile (1) and on the electrical power of the block (3). The power unit (3) transmits its heat energy to the heat transfer fluid by conduction through the rear wall of the profile (1); the fluid is therefore not in direct contact with the power unit (3), this makes it possible to simply use water as the heat transfer fluid. An electric radiator based on the principle of the present invention can be connected without difficulty to a central heating installation with hot water and allow mixed operation as required. For a given element height (21) and a power block (3), the thermal power required to

chauffer un local est obtenue par le montage en batterie d'éléments (21) (fig. 0).  heating a room is obtained by mounting a battery of elements (21) (fig. 0).

Le profil (1) en aluminium (ou autre) (fig. 2 et fig. 2bis) est constitué d'une paroi externe sensiblement en forme de I majuscule qui définit une zone de circulation du fluide caloporteur présentant 6 conduits verticaux (7), (8), (9), (10), (11), (12), (fg. 2 et fig. 2bis), séparés par des cloisons (13) et (14) permettant une meilleure distribution et circulation du fluide caloporteur en facilitant et orientant le mouvement gravitaire naturel dudit fluide, induit par le chauffage fourni par le bloc (3). La circulation du fluide entre les canaux (7), (8), (9), (10), (11), (12), est assurée par les collecteurs (2) (fig. 3, fig. 3bis, fig. 3ter). Du fait de la circulation du fluide en face avant du profil (1) on augmente la température de paroi de cette face et par conséquent le transfert thermique par rayonnement vers le local à chauffer, ce qui améliore la sensation de confort. Le profil (1) (fig. 2 et fig. 2bis) comporte J des ailettes sur ses flancs (16) et des ailettes en face arrière (17) qui augmentent la surface  The profile (1) made of aluminum (or other) (fig. 2 and fig. 2bis) consists of an external wall substantially in the form of a capital I which defines a zone for circulation of the heat transfer fluid having 6 vertical conduits (7), (8), (9), (10), (11), (12), (fg. 2 and fig. 2bis), separated by partitions (13) and (14) allowing better distribution and circulation of the heat transfer fluid by facilitating and orienting the natural gravitational movement of said fluid, induced by the heating provided by the block (3). The circulation of the fluid between the channels (7), (8), (9), (10), (11), (12), is ensured by the collectors (2) (fig. 3, fig. 3bis, fig. 3b). Due to the circulation of the fluid on the front face of the profile (1), the wall temperature of this face is increased and therefore the heat transfer by radiation to the room to be heated, which improves the feeling of comfort. The profile (1) (fig. 2 and fig. 2bis) has J fins on its sides (16) and fins on the rear face (17) which increase the surface

baignant l'air et amplifient les échanges par convection avec l'air à chauffer.  bathing the air and amplifying exchanges by convection with the air to be heated.

L'invention est également caractérisée en ce que l'étanchéité entre le profil (1) (fig. 3, fig. 3bis, fig. 3ter) et les collecteurs (2) haut et bas est assurée par un joint d'étanchéité (20) conformé à la section du profil (1) qui coopère avec les collecteurs (2) haut et bas par vissage à l'aide de vis trilobées indesserrables (18) assurant le maintien de la compression dudit joint (20). A cet effet, deux orifices (19) sont prévus sur les collecteurs (2) pour le passage des vis et deux alvéovis (parties cylindriques percées) (15) sont prévus sur le profil (1) (fig. 2 et fg. 3ter) dans lesquelles les vis forment leur propre taraudage. Ce système thermique, modulable en hauteur (la hauteur du profil (1) peut être adaptée à toutes les situations), présente également la caractéristique de pouvoir être modulé sur le plan esthétique par l'adjonction d'enjoliveurs clipsables sur les collecteurs (2) haut et bas, ceci permet de modifier 1'esthétique fnal des éléments en faisant varier la  The invention is also characterized in that the seal between the profile (1) (fig. 3, fig. 3bis, fig. 3ter) and the collectors (2) above and below is ensured by a seal (20 ) conformed to the section of the profile (1) which cooperates with the collectors (2) top and bottom by screwing using tri-lobed indessible screws (18) ensuring the maintenance of the compression of said seal (20). For this purpose, two orifices (19) are provided on the manifolds (2) for the passage of the screws and two scallops (pierced cylindrical parts) (15) are provided on the profile (1) (fig. 2 and fg. 3ter) in which the screws form their own thread. This thermal system, adjustable in height (the height of the profile (1) can be adapted to all situations), also has the characteristic of being able to be modulated aesthetically by the addition of hubcaps that can be clipped onto the collectors (2). up and down, this allows you to modify the final aesthetics of the elements by varying the

forme des enjoliveurs.form hubcaps.

L'élément (21) ainsi formé peut être monté en batteries de plusieurs éléments afin d'obtenir la puissance thermique requise (fig. 0). Ce montage en batteries s'effectue à partir de pièces de raccordement femelles taraudées droite et gauche, appelées nipples (23), (fig. 5), coopérant avec le collecteur (2) par ses parties filetées (25). L'étanchéité entre collecteurs (2) est obtenue par la pose d'un joint fbre (24) ou autre entre les deux  The element (21) thus formed can be mounted in batteries of several elements in order to obtain the required thermal power (fig. 0). This mounting in batteries is carried out from female connection pieces tapped right and left, called nipples (23), (fig. 5), cooperating with the collector (2) by its threaded parts (25). The seal between collectors (2) is obtained by fitting a fbre seal (24) or the like between the two

portées prévues à cet effet sur les collecteurs.  ranges provided for this purpose on the collectors.

Chaque bloc de puissance (3) et plus particulièrement la résistance électrique (6) coopère avec un connecteur électrique (22) en partie basse du bloc (3) (fg. 4) par un système de brochage; ce connecteur assure également l'isolement thermique et électrique en partie basse du bloc de puissance (3). Dans une batterie d'éléments (21) (fig. 0), chaque connocteur (22) (fg. 4) de chaque élément coopère avec le connecteur de l'élément précédent et le connecteur de l'élément suivant par un système de brochage qui assure la continuité électrique et l ' alimentation de chaque résistance de chauffage (6). L' ensemble  Each power block (3) and more particularly the electrical resistance (6) cooperates with an electrical connector (22) in the lower part of the block (3) (fg. 4) by a pinout system; this connector also provides thermal and electrical insulation in the lower part of the power unit (3). In a battery of elements (21) (fig. 0), each connector (22) (fg. 4) of each element cooperates with the connector of the preceding element and the connector of the following element by a pinout system which ensures the electrical continuity and the supply of each heating resistor (6). All

des résistances (6) peuvent être reliées au choix, soit en série, soit en parallèle.  resistors (6) can be connected as desired, either in series or in parallel.

La régulation thermique de la batterie est assurce par un ensemble électronique piloté par deux sondes de température judicieusement disposées, I'une mesurant la température de l'air ambiant (ambiance choisie du local à chauffer), I'autre mesurant la température, soit du fluide caloporteur, soit de la paroi arrière de la batterie, cette dernière  The thermal regulation of the battery is ensured by an electronic assembly controlled by two judiciously placed temperature probes, one measuring the temperature of the ambient air (chosen environment of the room to be heated), the other measuring the temperature, either heat transfer fluid, either from the rear wall of the battery, the latter

sonde permettant de contrôler la surchauffe du fluide caloporteur.  probe for controlling the overheating of the heat transfer fluid.

La fgure 6 présente une variante démontable du bloc de production de chaleur (3) permettant le changement éventuel de la résistance blindée (6) ; dans cette confguration démontable du bloc (3), la plaque conductrice de la chaleur (5) en aluminium (ou autre) se compose de deux demi - plaques (26) et (27), soit moulées, soit usinées de manière à présenter l'empreinte de la résistance (6) qui se trouve alors prise en sandwich entre les deux plaques; le serrage de l'ensemble est assuré soit par vissage soit  Figure 6 presents a removable variant of the heat production block (3) allowing the possible change of the armored resistance (6); in this removable configuration of the block (3), the heat conducting plate (5) made of aluminum (or other) consists of two half-plates (26) and (27), either molded or machined so as to present the 'imprint of the resistance (6) which is then sandwiched between the two plates; tightening of the assembly is ensured either by screwing or

par clipsage.by clipping.

La fgure 7 présente une variante (28) au profil (1) par absence des ailettes arrières (17) (fig.2); cette variante a la caractéristique de diminuer les échanges thermiques par convection avec l'air ambiant et ainsi augmenter le rapport rayonnement/convection, gage d'un meilleur confort; pour obtenir le même niveau de puissance restituce par élément (21) qu'avec le profl (1), il sufft d'augmenter la hauteur  Figure 7 presents a variant (28) of the profile (1) by the absence of the rear fins (17) (FIG. 2); this variant has the characteristic of decreasing the heat exchanges by convection with the ambient air and thus increasing the radiation / convection ratio, which guarantees better comfort; to obtain the same level of restored power per element (21) as with the profl (1), it suffices to increase the height

du profil (28).of the profile (28).

La fgure 8 présente la variante du bloc de production de chaleur démontable (3) (fg. 6) pour lequel la plaque conductrice de la chaleur (5) en aluminium (ou autre) se compose de deux demi - plaques (29) et (30) prenant en sandwich un flm résistif (31) en lieu et place de la résistance blindée (6) entre les deux plaques; le serrage de 1'ensemble  Figure 8 presents the variant of the removable heat production block (3) (fg. 6) for which the heat conducting plate (5) made of aluminum (or other) consists of two half-plates (29) and ( 30) sandwiching a resistive film (31) in place of the armored resistance (6) between the two plates; tightening the assembly

étant assuré soit par vissage soit par clipsage.  being provided either by screwing or by clipping.

La figure 9 présente une variante du bloc de production de chaleur (3) double (32), caractérisé par le fait que ce bloc peut être monté sur deux éléments (21) et permettre une simplifcation au montage en batteries. La fgure 9bis présente une variante du bloc de production de chaleur (3), caractérisé par le fait que chaque bloc de production de chaleur est monobloc (33) et ainsi est adapté en puissance et dimensions à la longueur de chaque  FIG. 9 shows a variant of the double heat production block (3) (32), characterized in that this block can be mounted on two elements (21) and allow simplification in battery mounting. Figure 9bis presents a variant of the heat production block (3), characterized in that each heat production block is in one piece (33) and thus is adapted in power and dimensions to the length of each

batterie d'éléments (21).battery of cells (21).

Sur la base des mêmes profls (1) (fg. 2) et (28) (fg. 7), il est possible de réaliser un système de chauffage par éléments, basé uniquement sur la conductibilité thermique des matériaux. Une résistance blindée (34) en forme de fer à cheval est disposée dans les conduits verticaux (11) et (12) du profil. Ces deux conduits sont alors remplis d'un matériau rétractaire (35) (sable, ciment, ou autre) sur toute la hauteur du profl (fg. 10). La transmission de la chaleur à travers l'échangeur s'effectue alors uniquement par conduction; l'échange thermique avec l'environnement du local à chauffer s'effectue toujours par convection et rayonnement. Les connections électriques se font toujours à la  On the basis of the same profls (1) (fg. 2) and (28) (fg. 7), it is possible to produce an element heating system, based solely on the thermal conductivity of the materials. An armored resistor (34) in the shape of a horseshoe is arranged in the vertical conduits (11) and (12) of the profile. These two conduits are then filled with a retracting material (35) (sand, cement, or other) over the entire height of the profl (fg. 10). The heat is transmitted through the exchanger then only by conduction; heat exchange with the environment of the room to be heated is always carried out by convection and radiation. The electrical connections are always made to the

partie basse de chaque élément.lower part of each element.

Claims (11)

REVENDICATIONS 1) Echangeur de chaleur destiné au chanffage des habitations, bureaux, ateliers, etc... constitué de pièces spécifques formant un ensemble appelé élément (21), caractérisé en ce qu'il comporte un collecteur haut (2) et un collecteur bas (2), espacés par un profil spécifque (1) de hauteur pouvant varier à 1'envie, lui-même constitué d'une paroi externe sensiblement en forme de I majuscule qui définit une zone de circulation du fluide caloporteur présentant 6 conduits verticaux (7), (8), (9), (10), (11), (12), séparés par des cloisons (13) et (14) permettant une meilleure distribution et circulation du fluide caloporteur en facilitant et orientant le mouvement gravitaire naturel dudit fluide, et comportant des ailettes sur ses flancs extérieurs (16) et des ailettes en face arrière (17) augmentant la surface baignant 1'air et amplifiant les échanges par convection avec 1'air à chauffer, et caractérisé en ce que l'étanchéité entre le profl (1) et les collecteurs (2) haut et bas est assuré par un joint d'étanchéité (20) conformé à la section du profl (1), un montage mécanique entre le probl (1) et les collecteurs (2) haut et bas étant assuré par un  1) Heat exchanger intended for changing houses, offices, workshops, etc. made up of specific pieces forming an assembly called element (21), characterized in that it comprises a high collector (2) and a low collector ( 2), spaced apart by a specific profile (1) of height which can vary as desired, itself consisting of an outer wall substantially in the form of a capital I which defines a zone for circulation of the heat transfer fluid having 6 vertical conduits (7 ), (8), (9), (10), (11), (12), separated by partitions (13) and (14) allowing a better distribution and circulation of the heat transfer fluid by facilitating and orienting the natural gravitational movement of said fluid, and comprising fins on its outer flanks (16) and fins on the rear face (17) increasing the surface bathing the air and amplifying the exchanges by convection with the air to be heated, and characterized in that the sealing between the profl (1) and the collectors (2) top and bottom is ensured by a seal (20) conforming to the section of the profl (1), a mechanical assembly between the problem (1) and the collectors (2) top and bottom being ensured by a ensemble de vis trilobées indesserrables (18).  set of tri-lobed, indestructible screws (18). 2) Echangeur selon la revendication 1, comportant à sa base en face arrière un bloc de production et diffusion de la chaleur (3) constitué d'une résistance électrique blindée (ou autre) (6), modulable en puissance, noyée dans une plaque conductrice de la chaleur (5) en aluminium (ou autre), elle méme fixée par collage ou montage mécanique sur le profil (1) et isolé thermiquement de 1'air ambiant par un carter en matériau isolant (4), 1'ensemble formant une petite chaudière dont la puissance thermique produite est transmise au fluide caloporteur par conduction à travers la paroi arrière du profil (1), la diffusion de la chaleur dans tout l'échangeur (21) s'effectuant par conduction mais surtout  2) Exchanger according to claim 1, comprising at its base on the rear face a block for producing and diffusing heat (3) consisting of an armored (or other) electrical resistance (6), adjustable in power, embedded in a plate conductive of heat (5) in aluminum (or other), it even fixed by gluing or mechanical mounting on the profile (1) and thermally insulated from ambient air by a casing made of insulating material (4), the assembly forming a small boiler, the thermal power produced is transmitted to the heat transfer fluid by conduction through the rear wall of the profile (1), the diffusion of heat throughout the exchanger (21) taking place by conduction but above all par la mise en mouvement gravitaire dudit fluide.  by the gravitational movement of said fluid. 3) Echangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, permettant  3) Exchanger according to any one of the preceding claims, allowing le montage d'éléments (21) en batteries. Montage s'effectuant à partir de pièces de raccordement femelles taraudées droites et gauches, appelées nipples femelles (23), coopérant avec le collecteur (2) par ses parties fletées (25); 1'étanchéité entre éléments étant obtenue par la pose d'un joint fbre (24) ou autre entre les deux portées des  mounting elements (21) in batteries. Assembly is carried out from female connection pieces tapped right and left, called female nipples (23), cooperating with the manifold (2) by its fluted parts (25); Sealing between elements being obtained by fitting a fbre seal (24) or the like between the two spans of the collecteurs montés en batteries.collectors mounted in batteries. 4) Echangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant  4) Exchanger according to any one of the preceding claims, comprising un connecteur électrique (22) coopérant avec la base du bloc de production (3) par un système de brochage et assurant également l'isolement thermique et électrique de la base du bloc (3); ce connocteur permettant 1'alimentation en série ou parallèle de la résistance (6) de 1'élément (21) en coopérant avec le connecteur (22) de 1'élément précédent et le  an electrical connector (22) cooperating with the base of the production block (3) by a pinout system and also ensuring thermal and electrical isolation of the base of the block (3); this connector allowing the supply in series or parallel of the resistance (6) of the element (21) by cooperating with the connector (22) of the preceding element and the connecteur (22) de 1'élément suivant par un système de brochage.  connector (22) of the next element by a pinout system. ) Echangeur selon l'une quelcouque des revendications précédentes, dont la  ) Exchanger according to any one of the preceding claims, the régulation thermique de la batterie d'éléments (21) est assurée par un ensemble électronique piloté par deux sondes de température judicieusement disposées, I'une mesurant la température de l ' air ambiant (ambiance choisie du local à chauffer), l' autre mesurant la température, soit du fluide caloporteur, soit de la paroi arrière de la batterie,  thermal regulation of the battery of cells (21) is ensured by an electronic assembly controlled by two judiciously arranged temperature probes, one measuring the temperature of the ambient air (chosen environment of the room to be heated), the other measuring the temperature, either of the heat transfer fluid, or of the rear wall of the battery, cette dernière sonde permettant de contrôler la surchauffe du fluide caloporteur.  this latter probe making it possible to control the overheating of the heat transfer fluid. 6) Echangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes qui peut être  6) Exchanger according to any one of the preceding claims which can be connecté à une installation de chauffage central à eau chaude et permettre un chauffage  connected to a central hot water installation and allow heating mixte électrique - chaudière centralisce.  mixed electric - centralized boiler. 7) Echangeur selon l'une quelconque des revendicatons précédentes, dont le bloc de production de chaleur (3) est démontable pour permettre le changement éventuel de la résistance électrique (6); la plaque conductrice de la chaleur (5) étant composée de deux  7) Exchanger according to any one of the preceding claims, the heat production block (3) of which is removable to allow the possible change of the electrical resistance (6); the heat conducting plate (5) being composed of two demi-plaques (26) et (27) enfermant la résistance.  half-plates (26) and (27) enclosing the resistance. 8) Echangeur selon l'une quelcouque des revendications précédentes, présentant  8) Exchanger according to any one of the preceding claims, having une variante du profil (1) par absence des ailettes arrières (17); cette variante ayant la  a variant of the profile (1) by the absence of the rear fins (17); this variant having the caractéristique d' améliorer le rapport rayonnement/convection, gage d' un meilleur confort.  characteristic of improving the radiation / convection ratio, a guarantee of better comfort. 9) Echangeur selon l'une quelcouque des revendications précédentes, dont la  9) Exchanger according to any one of the preceding claims, including résistance blindée (6) est remplacée par un film résistif (31), pris en sandwich entre les  armored resistor (6) is replaced by a resistive film (31), sandwiched between the deux demi-plaques (29) et (30) constituant la plaque conductrice de la chaleur (5).  two half-plates (29) and (30) constituting the heat conducting plate (5). 10) Echangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dont le  10) Exchanger according to any one of the preceding claims, the bloc de production de chaleur double (32) permet le montage simplifé sur un double  double heat production unit (32) allows simplified mounting on a double élément (21).element (21). 11) Echangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé  11) Exchanger according to any one of the preceding claims, characterized par le fait que le bloc de production de chaleur (33) est monobloc et ainsi est adapté en  by the fact that the heat production block (33) is in one piece and thus is adapted in puissance et dimensions à la longueur de chaque batterie d'éléments (21).  power and dimensions to the length of each battery of cells (21). 12) Echangeur selon revendication 1), représentant une variante dont chaque élément (21) est équipé d'une résistance blindée en forrne de fer à cheval (34), disposoe dans les conduits verticaux (11) et (12) du pro l (1) ou (28) sur toute sa hauteur, noyée dans un matériau à forte inertie (35) et dont le transtert thermique à travers 1'échangeur s'effectue uniquement par conductivité thermique des matériaux composant l'élément (21). L'échange thermique avec l'environnement du local à chauffer s'effectuant toujours par convection et rayonnement. Les connections électriques se faisant touj ours à la partie  12) Exchanger according to claim 1), representing a variant in which each element (21) is equipped with an armored resistance in horseshoe shape (34), disposed in the vertical conduits (11) and (12) of the pro l ( 1) or (28) over its entire height, embedded in a material with high inertia (35) and whose thermal transfer through the exchanger is effected only by thermal conductivity of the materials making up the element (21). The heat exchange with the environment of the room to be heated is always carried out by convection and radiation. The electrical connections are always made to the part
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