FR3067446B1 - Element de radiateur a fluide caloporteur et radiateur forme par assemblage de tels elements - Google Patents
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Abstract
Un élément de radiateur à fluide caloporteur comporte un tube collecteur supérieur (1) solidaire d'une lame chauffante (2) comportant un conduit de circulation de fluide caloporteur relié au moins audit tube collecteur supérieur (1). Le tube collecteur supérieur (1) est disposé à une distance prédéterminée du haut de la lame chauffante (2), de manière à réduire la quantité de matière nécessaire à la fabrication de l'élément de radiateur à fluide caloporteur et de manière à réduire la quantité de fluide caloporteur nécessaire au remplissage de l'élément de radiateur à fluide caloporteur. Application à la fabrication de radiateurs électriques constitués par assemblage d'éléments de radiateur à fluide caloporteur.
Description
Élément de radiateur à fluide caloporteur et radiateur formé par assemblage de tels éléments L’invention est relative à un élément de radiateur à fluide caloporteur. L’invention est également relative à un radiateur formé par assemblage d’éléments de radiateur à fluide caloporteur.
On connaît des éléments de radiateur à fluide caloporteur fabriqués par moulage d’aluminium ou de fonte d’aluminium, comportant au moins un tube collecteur supérieur et généralement également un tube collecteur inférieur reliés entre eux par un conduit vertical (poignard) muni d’ailettes.
Ces éléments de radiateur permettent de constituer par assemblage étanche des radiateurs à fluide caloporteur et sont généralement destinés à recevoir en partie inférieure un élément chauffant électrique, tel que thermoplongeur ou cartouche chauffante, préférentiellement par insertion dans un logement pratiqué dans le collecteur inférieur du radiateur à fluide caloporteur.
Le fluide caloporteur est généralement une huile possédant un bon coefficient de transfert thermique et de bonnes propriétés d’isolation électrique, de manière à éviter tout court-circuit éventuel entre l’élément chauffant électrique et la surface du conduit du tube collecteur inférieur.
Selon que le radiateur à fluide caloporteur et à chauffage électrique est plus ou moins rempli de fluide caloporteur, un point chaud peut se constituer en partie supérieure du radiateur électrique lorsque la circulation du fluide caloporteur est suffisante en partie supérieure (c’est-à-dire lorsque le fluide caloporteur remplit tout l’appareil électrique), ou alternativement un point chaud peut se constituer en partie basse du radiateur lorsque la circulation d’huile en partie supérieure est insuffisante.
Un premier but de l’invention est d’améliorer l’efficacité thermique d’un élément de radiateur à fluide caloporteur, en particulier d’un élément de radiateur à fluide caloporteur destiné à recevoir un élément chauffant électrique, pour améliorer le rapport du poids total à l’énergie thermique délivrée par l’élément de radiateur à fluide caloporteur.
Un deuxième but de l’invention est d’optimiser la fabrication des éléments de radiateur à fluide caloporteur, en réduisant la quantité de matière nécessaire à la fabrication et en réduisant la quantité de fluide caloporteur nécessaire au remplissage de 1’ élément de radiateur à fluide caloporteur ou du radiateur constitué à partir d’un assemblage d’éléments de radiateur à fluide caloporteur. L’optimisation de la quantité de matière nécessaire à la fabrication et de la quantité de fluide caloporteur nécessaire au remplissage doit cependant prendre en compte la contrainte selon laquelle la maîtrise des températures de surface du radiateur constitué par assemblage d’éléments de radiateur doit présenter une température qui n’est pas supérieure à la température ambiante de plus de 70°C. L’invention a pour objet un élément de radiateur à fluide caloporteur, du type comportant un tube collecteur supérieur solidaire d’une lame chauffante comportant un conduit de circulation de fluide caloporteur relié au moins audit tube collecteur supérieur, caractérisé par le fait que le tube collecteur supérieur est disposé à une distance prédéterminée du haut de la lame chauffante, de manière à réduire la quantité de matière nécessaire à la fabrication de l’élément de radiateur à fluide caloporteur et de manière à réduire la quantité de fluide caloporteur nécessaire au remplissage de l’élément de radiateur à fluide caloporteur.
Selon d’autres caractéristiques possibles de l’invention : - La distance entre la tête de l’élément de radiateur à fluide caloporteur et le tube collecteur supérieur est supérieure à 50 mm, de manière à ne pas dépasser la température ambiante de plus de 70°C en partie de tête de l’élément de radiateur. - La lame chauffante présente avantageusement au moins une fenêtre ou ouverture similaire en partie supérieure, pratiquée au-dessus du tube collecteur supérieur, de manière à permettre une circulation d’air turbulent à travers ladite au moins une fenêtre ou ouverture similaire, pour améliorer l’échange thermique et pour limiter la température de surface de la partie supérieure de la lame chauffante. - La surface de ladite au moins une fenêtre ou ouverture similaire pratiquée au-dessus du tube collecteur supérieur est supérieure à 1 000 mm2. - Pour un élément de radiateur à fluide caloporteur comportant en outre un tube collecteur inférieur apte à contenir un logement pour un élément chauffant électrique tel qu’un thermoplongeur ou une cartouche chauffante, l’élément de radiateur peut comporter un pied ou un talon contenant un volume prédéterminé de fluide caloporteur disposé en dessous du niveau ou au niveau dudit tube collecteur inférieur, de manière à uniformiser la température de la partie accessible du pied ou talon à une valeur ne dépassant pas la température ambiante de plus de 70°C. - La distance du pied ou du talon de la lame chauffante dépassant en dessous du logement de l’élément chauffant électrique tel qu’un thermoplongeur ou une cartouche chauffante est supérieure à 45 mm. Cet agencement permet de diminuer la température de surface du pied ou talon et donc d’éviter aux personnes de se brûler. Cet agencement peut être obtenu en écartant le tube collecteur inférieur de l’extrémité libre du pied ou talon, c’est-à-dire en remontant la position du tube collecteur inférieur lorsque l’élément de radiateur est en position verticale. - Le volume prédéterminé de fluide caloporteur situé en dessous du niveau du tube collecteur inférieur est supérieur à 7 000 mm3. - Le conduit de circulation contenu dans la lame chauffante présente une section dont une plus grande dimension est inférieure au tiers de la largeur de la lame chauffante, de manière à réduire le volume de fluide caloporteur nécessaire au remplissage de l’élément de radiateur à fluide caloporteur. - Le conduit de circulation présente une section sensiblement ovale ou sensiblement elliptique dont la plus petite dimension est inférieure au tiers de la longueur d’un tube collecteur supérieur ou inférieur de l’élément de radiateur. L’invention a également pour objet un radiateur formé par assemblage étanche d’éléments de radiateur à fluide caloporteur tels que brièvement exposés ci-dessus. 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 élément de radiateur à fluide caloporteur selon un premier mode de réalisation de l’invention.
La figure 2 représente schématiquement une vue en section transversale selon la ligne II-II de la figure 1 d’un élément de radiateur à fluide caloporteur selon un mode de réalisation de l’invention.
La figure 3 représente une vue schématique partielle agrandie de la partie supérieure d’un élément de radiateur à fluide caloporteur selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.
La figure 4 représente une vue schématique partielle agrandie de la partie supérieure d’un élément de radiateur à fluide caloporteur selon un troisième mode de réalisation de l’invention.
La figure 5 illustre de manière schématique en perspective un radiateur formé par l’assemblage d’éléments de radiateur à fluide caloporteur selon l’un quelconque des modes de réalisation de l’invention.
En référence aux figures 1 et 2, un élément de radiateur à fluide caloporteur selon un premier mode de réalisation de l’invention comporte un tube collecteur supérieur 1 relié à un ensemble 2 formant une lame chauffante destinée à être placée en position sensiblement verticale lors de l’utilisation (axe vertical Z sur la figure 1).
Dans le cas d’un élément de radiateur électrique à fluide caloporteur, l’élément de radiateur comporte généralement un tube collecteur inférieur 3 possédant un logement destiné à recevoir un élément chauffant tel qu’un thermoplongeur ou une cartouche chauffante, de type connu et non représenté.
La lame chauffante 2 comporte une âme centrale 2a et trois ailettes 2b, 2c, 2d s’étendant de part et d’autre de l’âme centrale 2a. L’âme centrale 2a de la lame chauffante 2 est reliée de préférence à un bord avant 4 (également appelé face avant par l’homme du métier) et à un bord arrière 5 (également appelé face arrière par l’homme du métier).
Le bord avant 4 et le bord arrière 5 sont destinés tous deux à sensiblement obturer l’espace situé entre deux éléments de radiateur successifs assemblés, de manière à éviter la mise en contact d’une personne avec l’âme 2a et les ailettes 2b, 2c, 2d qui pourraient être à des températures supérieures de plus de 70°C à la température ambiante. L’âme centrale 2a de la lame chauffante 2 se prolonge vers le bas par une partie de forme renflée 6 pouvant constituer une réserve de fluide caloporteur. Cette partie 6 est couramment appelée talon ou pied par l’homme du métier. L’âme centrale 2a de la lame chauffante 2 est reliée également de préférence à une plaque de tête 7 espacée du bord avant 4 et du bord arrière 5, de manière à permettre le passage entre elles de l’air ascendant.
La distance d’espacement entre chaque bord avant 4 ou arrière 5 et la plaque de tête 7 est généralement inférieure à la largeur d’un doigt pour éviter tout risque de brûlure par une température supérieure de plus de 70°C à la température ambiante.
Pour optimiser la quantité de matière nécessaire à la fabrication de l’élément chauffant et pour réduire la quantité de fluide caloporteur nécessaire au remplissage de l’élément chauffant, l’invention prévoit de disposer le tube collecteur supérieur 1 à une distance prédéterminée du haut de la lame chauffante 2 (notamment de son âme centrale 2a), et en particulier à une distance prédéterminée de la plaque de tête 7. A titre d’exemple, la distance entre la plaque de tête 7 et l’extrémité supérieure du tube collecteur supérieur 1 est généralement supérieure à 50 mm. Des essais ont montré que cette distance permet d’éviter le risque d’échauffement excessif de la plaque de tête 7, tout en réduisant la quantité de matière nécessaire à la fabrication et la quantité de fluide caloporteur nécessaire au remplissage.
De manière connue, le bord avant 4 s’étend généralement de haut en bas de l’élément de radiateur à fluide caloporteur, tandis que le bord arrière 5 peut éventuellement être interrompu (figure 1), notamment en partie inférieure.
Il est important que la main de l’utilisateur ne puisse pas accéder à des surfaces dont la température dépasse la température ambiante de plus de 70°C pour des raisons de sécurité.
Sur la figure 2, on voit que la lame chauffante 2 se prolonge en dessous du tube collecteur inférieur 3 par le talon ou pied 6.
Le talon ou pied 6 contient, en dessous du tube collecteur inférieur 3, un volume prédéterminé de fluide caloporteur, prédéterminé pour uniformiser la température de la partie accessible du talon ou pied 6 à une valeur ne dépassant pas la température ambiante de plus de 70°C.
Des essais ont montré que la distance du talon ou pied 6 dépassant en dessous du logement de l’élément chauffant non représenté dans le tube collecteur inférieur 3 doit être de préférence supérieure à 45 mm pour assurer la sécurité thermique des utilisateurs et notamment pour éviter tout risque de brûlure à un utilisateur.
Il est également avantageux, en fonction des dimensions courantes de l’élément de radiateur à fluide caloporteur, de déterminer les dimensions du pied ou talon 6 pour que le volume prédéterminé de fluide caloporteur disposé en dessous du tube collecteur inférieur 3 soit supérieur à 7 000 mm3.
De manière connue en soi, l’âme 2a de la lame chauffante forme vers le centre de la lame chauffante 2 une partie renflée (en section transversale sur la fig. 2) constituant un conduit 9 de fluide caloporteur, pour assurer la circulation du fluide caloporteur dans le sens vertical de l’élément de radiateur.
Ce conduit 9 et/ou le volume de fluide caloporteur correspondant est fréquemment appelé « poignard » par l’homme du métier.
Pour limiter le volume de fluide caloporteur nécessaire au remplissage d’un élément de radiateur à fluide caloporteur, il peut être avantageux de réduire ou d’optimiser les dimensions du poignard 9. A cet effet, la section représentée à la figure 2 du poignard 9 peut résenter une plus grande dimension transversale L qui est inférieure au tiers de la largeur de la lame chauffante 2 (cette largeur est prise entre les deux bords 4 et 5, suivant la direction Y), de manière à réduire le volume de fluide caloporteur nécessaire au remplissage de l’élément chauffant.
Avantageusement, lorsque le poignard 9 présente une section transversale sensiblement ovale ou sensiblement elliptique telle que représentée à la figure 2, la plus petite dimension ou petit axe de la section sensiblement ovale ou sensiblement elliptique (dimension suivant l’axe X) peut être inférieure au tiers de la longueur du tube collecteur supérieur 1 ou inférieur 3 de l’élément de radiateur à fluide caloporteur.
Ces dispositions permettent ainsi, tout en procurant une économie de matière grâce à la disposition des tubes collecteurs supérieur et inférieur, ainsi que de l’éventuelle réduction des dimensions générales du poignard 9, d’obtenir, par rapport à l’art antérieur, à la fois une économie de la matière nécessaire à la fabrication de l’élément de radiateur à fluide caloporteur et une économie de la quantité de fluide caloporteur nécessaire au remplissage de l’élément de radiateur à fluide caloporteur.
Les mêmes avantages sont obtenus pour le radiateur formé par assemblage étanche des éléments de radiateur à fluide caloporteur selon le mode de réalisation de l’invention qui vient d’être décrit. Un tel radiateur est illustré à la figure 5.
Pour améliorer encore l’efficacité et le transfert thermique dans la partie supérieure de l’élément de radiateur, il est avantageux selon un deuxième mode de réalisation de l’invention de prévoir au moins une fenêtre ou ouverture similaire 8 dans la partie supérieure de l’âme 2a de la lame 2’ située au-dessus du tube collecteur supérieur 1 (cette partie a été dégagée par suite de l’abaissement de la position du tube 1).
Dans l’exemple de la figure 3, plusieurs fenêtre ou ouvertures sont pratiquées dans la partie supérieure de l’âme centrale 2’a, entre la plaque de tête 7 et le tube collecteur supérieur 1 et traversent l’âme dans son épaisseur (dimension suivant l’axe X).
On dénombre ici six ouvertures 8a-f chacune de forme rectangulaire et disposées deux par deux l’une au-dessus de l’autre. Toutefois, d’autres formes, tailles, nombres et agencements d’ouvertures sont envisageables et à la portée de l’homme du métier.
Ces fenêtres 8a-f (ou ouvertures similaires, échancrures ou tout autre passage fonctionnellement équivalent) sont réalisées au-dessus du tube collecteur supérieur 1 de manière à permettre une circulation d’air turbulent à travers lesdites fenêtres pour améliorer l’échange thermique et pour limiter la température de surface de la plaque de tête 7.
Cette circulation d’air turbulent permet également une uniformisation de la température en partie supérieure d’un radiateur électrique formé par assemblage étanche d’éléments de radiateur à fluide caloporteur selon ce deuxième mode de réalisation de l’invention. L’aménagement de telles fenêtres permet de réaliser une économie de matière lors de la fabrication de l’élément de radiateur concerné.
Ce deuxième mode de réalisation de l’invention reprend tous les aspects, caractéristiques et avantages liés au premier mode précédemment décrit et ils ne seront donc pas répétés ici.
La figure 4 illustre la partie supérieure d’un élément de radiateur selon un troisième mode de réalisation de l’invention.
Dans ce mode une unique fenêtre ou ouverture similaire 10 est pratiquée dans l’épaisseur de l’âme centrale 2”a, dans la partie supérieure de l’âme qui est située au-dessus du tube collecteur supérieur 1. La forme de l’ouverture, ses dimensions et son agencement dans la partie supérieure de l’âme 2”a peuvent varier. Comme représenté sur la figure 4, le contour de l’ouverture peut suivre partiellement par un de ses bords le contour extérieur du tube 1 (pris dans sa section) et n’est pas nécessairement symétrique par rapport audit tube.
Dans le présent mode, les dimensions de la fenêtre sont supérieures aux dimensions cumulées des fenêtres 8a-f.
Des essais ont montré qu’une surface de passage, fenêtre, ouverture ou échancrure similaire de plus de 1 000 mm2 fournit une efficacité thermique et une uniformisation de l’échange thermique permettant de limiter la température de surface sur la plaque de tête 7 et en partie supérieure de la lame 2” à une valeur ne dépassant pas la température ambiante de plus de 70°C. L’aménagement d’une fenêtre unique permet d’accroître davantage l’économie de matière réalisée lors de la fabrication de l’élément de radiateur concerné par rapport au deuxième mode.
Ce troisième mode de réalisation de l’invention reprend tous les aspects, caractéristiques et avantages liés au premier mode précédemment décrit et ils ne seront donc pas répétés ici.
La Figure 5 représente un mode de réalisation d’un radiateur 20 selon l’invention qui est formé par un assemblage étanche d’éléments de radiateur à fluide caloporteur 22 disposés côte à côte. Les éléments de radiateur 22 peuvent être l’un quelconque des éléments de radiateur sur les figures 1 à 4. L’invention décrite en référence aux modes de réalisation particuliers précités ne leur est nullement limitée, mais couvre au contraire toute modification de forme et toute variante de réalisation dans le cadre des revendications annexées. Il est important que dans tous les modes précédemment décrits les parties accessibles du radiateur électrique formé par assemblage étanche d’éléments de radiateur à fluide caloporteur ne dépassent pas la température ambiante de plus de 70°C.
Claims (9)
- REVENDICATIONS1. Elément de radiateur à fluide caloporteur, du type comportant un tube collecteur supérieur (1) solidaire d’une lame chauffante (2), comportant un conduit de circulation de fluide caloporteur relié au moins audit tube collecteur supérieur (1), caractérisé par le fait que le tube collecteur supérieur (1) est disposé à une distance prédéterminée du haut de la lame chauffante (2), de manière à réduire la quantité de matière nécessaire à la fabrication de l’élément de radiateur à fluide caloporteur et de manière à réduire la quantité de fluide caloporteur nécessaire au remplissage de l’élément de radiateur à fluide caloporteur, la distance entre le haut de l’élément de radiateur à fluide caloporteur et le tube collecteur supérieur (1) étant supérieure à 50 mm, de manière à ne pas dépasser, en service, la température ambiante de plus de 70°C en partie de tête de l’élément de radiateur.
- 2. Elément de radiateur à fluide caloporteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la lame chauffante (2) présente avantageusement au moins une fenêtre (8) ou ouverture similaire en partie supérieure, pratiquée au-dessus du tube collecteur supérieur, de manière à permettre une circulation d’air turbulent à travers ladite au moins une fenêtre ou ouverture similaire, pour améliorer l’échange thermique et pour limiter la température de surface de la partie supérieure de la lame chauffante.
- 3. Elément de radiateur à fluide caloporteur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la surface de ladite au moins une fenêtre (8) ou ouverture similaire pratiquée au-dessus du tube collecteur supérieur est supérieure à 1 000 mm2.
- 4. Elément de radiateur à fluide caloporteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu’il comporte en outre un tube collecteur inférieur (3) apte à contenir un logement pour un élément chauffant électrique tel qu’un thermoplongeur ou une cartouche chauffante, l’élément de radiateur comportant un pied ou un talon (6) contenant un volume prédéterminé de fluide caloporteur disposé en dessous du niveau ou au niveau dudit tube collecteur inférieur (3), de manière à uniformiser la température de la partie accessible du pied ou talon (6) à une valeur ne dépassant pas la température ambiante de plus de 70°C.
- 5. Elément de radiateur à fluide caloporteur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la distance du pied ou talon (6) de la lame chauffante (2) dépassant en dessous d’un logement d’élément chauffant électrique tel qu’un thermoplongeur ou une cartouche chauffante est supérieure à 45 mm.
- 6. Elément de radiateur à fluide caloporteur selon la revendication 4 ou 5, caractérisé par le fait que le volume prédéterminé de fluide caloporteur situé en dessous du niveau du tube collecteur inférieur (3) est supérieur à 7 000 mm3.
- 7. Elément de radiateur à fluide caloporteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu’un conduit de circulation (9) contenu dans la lame chauffante (2) présente une section dont une plus grande dimension est inférieure au tiers de la largeur de la lame chauffante (2), de manière à réduire le volume de fluide caloporteur nécessaire au remplissage de l’élément de radiateur à fluide caloporteur.
- 8. Elément de radiateur à fluide caloporteur selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le conduit de circulation (9) présente une section sensiblement ovale ou sensiblement elliptique dont la plus petite dimension est inférieure au tiers de la longueur d’un tube collecteur supérieur (1) ou inférieur (3) de l’élément de radiateur.
- 9. Radiateur formé par assemblage étanche d’éléments de radiateur à fluide caloporteur l’une quelconque des revendications 1 à 8.
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