FR3083303A1 - Radiateur a elements radiants integrant un separateur d'ecoulement - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un radiateur comprenant au moins un collecteur (14, 16) et des éléments radiants allongés (12) qui sont connectés chacun de manière fluidique et mécanique, sur au moins une portion de leur longueur, audit au moins un collecteur, chaque élément radiant (12) étant connecté fluidiquement audit au moins un collecteur par l'intermédiaire, d'une part, d'au moins une ouverture d'entrée (14a) permettant l'entrée d'un flux de fluide à l'intérieur de l'élément radiant et, d'autre part, d'au moins une ouverture de sortie (16a) permettant la sortie d'un flux de fluide de l'élément radiant, caractérisé en ce que chaque élément radiant (12) comprend au moins un séparateur interne (18) qui sépare le flux d'entrée (F1) du flux de sortie (F2).

Description

RADI ATEUR A ELEMENTS RADI ANTS I NTEGRANT UN SEPARATEUR D’ECOULEMENT
L'invention est relative à un radiateur à collecteur et éléments radiants raccordés au collecteur.
On connaît des configurations de radiateurs qui comprennent un ou deux collecteurs et des tubes radiants qui sont connectés chacun de manière mécanique et fluidique au(x) collecteur(s).
Les tubes radiants sont généralement parallèles entre eux et perpendiculaires au(x) collecteur(s).
Dans une configuration donnée les collecteurs sont agencés côte à côte, du côté d'une des deux extrémités opposées de chaque tube radiant. Le fluide d'entrée circule dans un premier des collecteurs dédié à l'amenée de fluide chaud à l'intérieur des tubes radiants et le fluide de sortie qui provient de la collecte des flux de fluide sortant des éléments radiants circule dans le second collecteur adjacent.
Les tubes radiants sont creux, ouverts à l'extrémité qui est raccordée aux collecteurs et fermés à l'extrémité opposée. Le fluide d'entrée chaud véhiculé par le premier collecteur pénètre à l'intérieur de chaque tube par l'intermédiaire d'une ouverture d'entrée présente au niveau de la connexion mécanique entre le premier collecteur et le tube et en ressort par l'intermédiaire d'une ouverture de sortie espacée de l'ouverture d'entrée et qui est présente au niveau de la connexion mécanique entre le tube et le second collecteur.
Ce type de radiateur est généralement satisfaisant.
Toutefois, il serait intéressant de pouvoir en augmenter la capacité de chauffage.
La présente invention a ainsi pour objet un radiateur comprenant au moins un collecteur et des éléments radiants allongés qui sont connectés chacun de manière fluidique et mécanique, sur au moins une portion de leur longueur, audit au moins un collecteur, chaque élément radiant étant connecté fluidiquement audit au moins un collecteur par l'intermédiaire, d'une part, d'au moins une ouverture d'entrée permettant l'entrée d'un flux de fluide à l'intérieur de l'élément radiant et, d'autre part, d'au moins une ouverture de sortie permettant la sortie d'un flux de fluide de l'élément radiant, caractérisé en ce que chaque élément radiant comprend au moins un séparateur interne qui sépare le flux de fluide d'entrée du flux de fluide de sortie.
Cette séparation des flux de fluide permet d'éviter que le flux d'entrée et le flux de sortie ne se mélangent dès l'arrivée du flux chaud dans l'élément radiant. A cet effet, la séparation des flux intervient entre les ouvertures d'entrée et de sortie. Le flux de sortie qui a déjà échangé des calories avec la paroi de l'élément radiant et qui s'est donc refroidi ne peut ainsi pas refroidir le flux entrant chaud.
Cette configuration permet ainsi au flux d'entrée chaud de conserver ses calories à son entrée dans l'élément radiant et de les communiquer à la paroi de ce dernier qui, à son tour, émettra de la chaleur dans l'environnement externe du radiateur.
Cette configuration crée en quelque sorte un chemin pour le flux d'entrée et un chemin séparé pour le flux de sortie et les flux sont guidés sur la portion de longueur de l'élément radiant correspondant à la longueur du séparateur.
Au voisinage de l'extrémité fermée de l'élément radiant le flux d'entrée rencontre la paroi d'extrémité et fait demi-tour. Cette zone où l'écoulement change de direction est généralement limitée spatialement, ce qui permet au flux d'entrée d'avoir eu le temps de céder de manière efficace des calories à la paroi de l'élément radiant sur la majeure partie de la longueur de l'élément radiant grâce à la présence du séparateur.
Il s'ensuit que la chaleur amenée par le flux de fluide d'entrée dans les éléments radiants dotés de cette configuration interne est mieux répartie sur la longueur desdits éléments radiants et est utilisée plus efficacement par des échanges thermiques avec la paroi de ces éléments qu'auparavant. Le transfert de chaleur est ainsi amélioré dans le radiateur et la capacité de chauffage du radiateur est augmentée.
Dans certaines configurations, le séparateur est court et ne sépare et guide les flux d'entrée et de sortie que sur une faible portion de longueur des éléments radiants.
On notera que le séparateur améliore de manière générale la circulation de fluide dans les éléments radiants, en réduisant, voire en éliminant (selon la longueur du séparateur) les zones de stagnation du fluide. Les échanges thermiques s'en trouvent donc améliorés.
Le séparateur peut être formé de plusieurs parties ou plusieurs séparateurs peuvent être agencés à l'intérieur d'un même élément radiant.
Le radiateur précité peut être du type radiateur sèche-serviettes. Il peut également s'agir d'un appareil de chauffage domestique pour le chauffage de locaux à technologie fluide du type radiateur à panneaux.
Selon d'autres caractéristiques possibles :
-ledit au moins un séparateur s'étend sur au moins une portion de la longueur de l'élément radiant et sur toute la largeur (ou dimension transversale) de ce dernier de manière à séparer les flux sur la portion de longueur ; le séparateur divise ainsi l'espace interne à l'élément radiant en deux sous-espaces dans la zone où sont disposées les ouvertures et sur une longueur donnée afin de compartimenter/séparer les flux d'entrée et de sortie ; la portion de longueur de l'élément radiant est suffisamment grande pour que l'effet de séparation des flux soit efficace ; à titre d'exemple le séparateur s'étend sur une distance telle que l'écart entre l'extrémité libre du séparateur et, en regard, la paroi de fond d'une extrémité fermée de l'élément radiant correspond à une section de passage pour le fluide qui est sensiblement la même qu'entre le séparateur et la paroi interne longitudinale de l'élément radiant, dans chacun des chemins réservés aux flux d'entrée et de sortie respectivement ; cet écart doit être suffisant pour ne pas générer de perturbations de fluide, ni de pertes de charge de nature à pénaliser les performances énergétiques du radiateur ; dans d'autres configurations, le séparateur peut être plus court ; dans une autre configuration possible, le séparateur s'étend jusqu'à la paroi de fond de l'extrémité fermée de l'élément radiant et une ou plusieurs ouvertures sont pratiquées dans le séparateur, à proximité de la paroi de fond, pour permettre au fluide de passer d'un chemin à l'autre ; la section totale de passage offerte au fluide par cette ou ces ouvertures est par exemple sensiblement la même qu'entre le séparateur et la paroi interne longitudinale de l'élément radiant ;
-ledit au moins un séparateur s'étend à partir d'une zone de la paroi de l'élément radiant qui est située entre ladite au moins une ouverture d'entrée et ladite au moins une ouverture de sortie ; généralement, ledit au moins un séparateur s'étend en éloignement de ladite au moins une ouverture d'entrée de fluide ; ledit au moins séparateur s'étend en direction de l'extrémité fermée (fond) de l'élément radiant de manière à empêcher toute communication de fluide directe entre les dites ouvertures ou au moins à limiter significativement la communication fluidique ; chacun des flux d'entrée et de sortie peut ainsi en outre être guidé/canalisé sur une longueur donnée;
-ledit au moins un séparateur s'étend en éloignement de ladite au moins une ouverture d'entrée et en direction d'une extrémité fermée de l'élément radiant ;
-ledit au moins un séparateur s'étend sur une distance au moins supérieure à la distance entre ladite zone et ladite au moins une ouverture de sortie ;
-ledit au moins un séparateur s'étend sur une distance telle que l'extrémité libre dudit au moins un séparateur est écartée d'une extrémité fermée de l'élément radiant ou s'étend jusqu'à une extrémité fermée de l'élément radiant et comporte une ou plusieurs ouvertures pour le passage de fluide à travers ledit au moins un séparateur en direction de ladite au moins une ouverture de sortie ;
-ledit au moins un séparateur forme une pièce rapportée par rapport à l'élément radiant ; généralement le séparateur est fixé de manière plus ou moins étanche et de manière amovible ou non à l'intérieur de l'élément radiant; par exemple, le séparateur peut être inséré en force à l'intérieur d'un élément radiant ou introduit par coulissement dans des rails de guidage ou rainures longitudinaux aménagés sur la surface interne de la paroi de l'élément radiant ;
-ledit au moins un séparateur a une forme adaptée à la géométrie interne de l'élément radiant ; l'élément radiant peut en effet adopter différentes configurations et donc différentes formes de section transversale et la forme du séparateur est adaptée pour séparer l'espace interne à l'élément radiant de manière à compartimenter les flux d'entrée et de sortie, notamment dans la zone où sont disposées les ouvertures ;
-ledit au moins un séparateur a une forme générale allongée sensiblement rectiligne munie à une extrémité d'un bord qui est incliné relativement à sa forme sensiblement rectiligne (ex : forme générale d'une spatule de ski) ; le bord est généralement destiné à être en contact avec la paroi interne de l'élément radiant ; l'extrémité opposée au bord est libre et généralement disposé en regard de l'extrémité fermée (fond) de l'élément radiant ;
-les éléments radiants ont chacun une section transversale ayant une forme choisie parmi les formes suivantes : carrée, losange, circulaire, rectangulaire, semi-ovale, triangulaire... ;
-ledit au moins un collecteur comprend un unique collecteur ou deux collecteurs disposés côte à côte ;
-le collecteur unique comprend au moins un séparateur de collecteur qui divise de manière étanche ou non l'espace interne au collecteur en un premier sous-espace dédié à l'amenée de fluide aux éléments radiants et en un second sous-espace dédié à la collecte du fluide sortant des éléments radiants ;
-chaque élément radiant est connecté, d'une part, à un premier collecteur d'amenée de fluide par ladite au moins une ouverture d'entrée de fluide et, d'autre part, à un second collecteur de collecte de fluide ladite au moins une ouverture de sortie de fluide ;
-dans une première forme de réalisation, chaque élément radiant possède une section transversale définie par une hauteur H et une largeur et ladite portion connectée de la longueur de chaque élément radiant s'emboîte à l'intérieur dudit au moins un collecteur sur au moins une partie h de la hauteur H, avec 0,05H < h < H ; lorsque 0,55H < h cet agencement permet de verrouiller mécaniquement les éléments radiants à l'intérieur du ou des collecteurs ;
- dans une deuxième forme de réalisation, chaque élément radiant est disposé à l'extérieur dudit au moins un collecteur et est connecté à ce dernier par leurs surfaces extérieures respectives en contact.
- dans une troisième forme de réalisation, chaque élément radiant est inséré à l'intérieur dudit au moins un collecteur par l'une de ses deux extrémités opposées.
D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
-la Figure 1 illustre schématiquement en vue de face un radiateur de type sèche-serviettes selon un mode de réalisation de l'invention ;
-la Figure 2 est une vue schématique en section transversale relativement aux collecteurs de la figure 1, montrant un exemple possible de raccordement d'un élément radiant auxdits collecteurs et un séparateur intégré audit élément radiant;
-la Figure 3a illustre une section longitudinale de l'élément radiant de la figure 2 suivant une vue de dessus de celle-ci (les collecteurs en dessous n'ont pas été représentés par souci de clarté);
-la Figure 3b illustre une variante de réalisation de la figure 3a ;
-la Figure 4 illustre le principe d'installation d'un séparateur dans un élément radiant ;
-la Figure 5 est une vue analogue à celle de la Figure 2 illustrant un autre exemple possible de raccordement d'un élément radiant auxdits collecteurs ;
-la Figure 6 est une vue analogue à celle de la Figure 2 illustrant encore un autre exemple possible de raccordement d'un élément radiant auxdits collecteurs ;
-la Figure 7 est une vue schématique partielle en coupe d'un radiateur selon un autre mode de réalisation de l'invention avec un collecteur unique ;
-les Figures 8 et 9 sont des vues schématiques illustrant différentes parties du radiateur de la figure 7 ;
-la Figure 10 est une vue schématique partielle en coupe d'un radiateur selon encore un autre mode de réalisation de l'invention ;
-la Figure 11 illustre de manière isolée la mise en place d'un séparateur dans un élément radiant de la Figure 10 ;
-la Figure 12 illustre différentes formes possibles de séparateurs d'éléments radiants.
Comme représenté partiellement de manière très schématique à la Figure 1 et désigné par la référence générale notée 10, un radiateur selon un mode de réalisation de l'invention comprend une pluralité d'éléments radiants allongés 12 qui ici sont des tubes (section transversale circulaire) mais peuvent adopter n'importe quelle autre géométrie de section transversale : carrée, losange, rectangulaire, semi-ovale, ovale, triangulaire...
La description des différentes figures qui suit s'applique de manière générale à des éléments radiants ayant une extension longitudinale, quelle que soit leur section transversale, mais pour la simplicité de l'exposé il sera question de tubes.
Le radiateur 10 comprend également au moins un collecteur qui est connecté de manière fluidique et mécanique à la pluralité d'éléments radiants allongés 12.
Dans le mode de réalisation représenté deux collecteurs 14, 16 sont présents et disposés côte à côte, parallèlement entre eux. Cependant, un collecteur unique pourrait alternativement être utilisé et la description qui suit s'applique indifféremment pour un ou deux collecteurs sauf lorsque la description concerne un radiateur à collecteur unique.
Les deux collecteurs 14, 16 sont espacés l'un de l'autre, ici de plusieurs centimètres par exemple pour des raisons de conformité à des dispositions règlementaires susceptibles de varier selon les pays.
L'un des collecteurs, 14, véhicule le fluide chaud et les distribue dans les tubes qui y sont raccordés. Le ou les éléments chauffants qui sont activés, sur commande, par exemple, via une interface de commande placée à l'extérieur du radiateur, sont généralement positionnés dans la partie basse du radiateur (non représentée ici) avec l'interface de commande.
Les collecteurs sont ici disposés verticalement mais, dans d'autres configurations, peuvent être disposés horizontalement et les éléments radiants verticalement.
Les tubes 12 sont parallèles entre eux et par exemple groupés par groupes de plusieurs tubes, ici deux groupes de quatre tubes (n'importe quels nombres de tubes et de groupes de tubes peuvent être utilisés, et dans un cas extrême les tubes ne forment qu'un seul groupe de tubes). Le nombre de tubes dépend généralement des besoins thermiques que le radiateur doit fournir. Le groupement de tubes crée des espaces entre les groupes de tubes pour pouvoir notamment positionner aisément des serviettes lorsque le radiateur est de type sèche-serviettes comme c'est le cas ici.
Le fluide utilisé est par exemple de l'eau mais d'autres fluides tels que de l'huile peuvent alternativement être utilisés.
Les tubes sont ici représentés perpendiculairement aux collecteurs. Toutefois, dans d'autres modes de réalisation non représentés les tubes peuvent adopter des orientations géométriques différentes, par exemple une inclinaison différente de 90° avec les collecteurs. Les tubes peuvent éventuellement être disposés dans un plan qui n'est pas parallèle au plan dans lequel sont agencés les collecteurs, orientés ou non perpendiculairement à ces derniers. De plus, des groupes de tubes peuvent adopter des orientations différentes entre elles d'un groupe de tubes à l'autre. Ces configurations peuvent notamment être obtenues avec les connexions tubes-collecteur(s) illustrées sur les figures 5 et 6.
De manière générale, les tubes 12 sont fixés aux collecteurs dans une zone ou région des tubes qui est située à proximité d'une extrémité 12a et sont fermés à leur extrémité opposée 12b. En d'autres termes, l'invention ne s'applique pas à des radiateurs dans lesquels le fluide entre dans les tubes par une première extrémité, ou au voisinage de celle-ci, et ressort des tubes par une seconde extrémité opposée, ou au voisinage de celle-ci. Autrement dit, les entrées et sorties de fluide des tubes sont disposées dans la même zone ou région de ces tubes. Une configuration de radiateur dans laquelle les collecteurs sont disposés aux deux extrémités opposées des tubes ou au voisinage de ceux-ci ne conviendrait donc pas ici. Cependant, une configuration dans laquelle le ou les collecteurs sont disposés et raccordés aux tubes à distance des deux extrémités opposées desdits tubes s'applique ici dans la mesure où les entrées et sortie de fluide des tubes sont agencées dans une même zone ou région des tubes.
Dans les représentations de radiateurs illustrées sur les figures les tubes sont disposés d'un même côté du ou des collecteurs par rapport à la surface externe du ou des collecteurs (ex : figures 2 et 6). Toutefois, dans d'autres configurations non représentées, des tubes peuvent être disposés sur deux côtés diamétralement opposés du ou des connecteurs.
Plusieurs configurations possibles de connexion/raccordement des tubes aux collecteurs sont envisageables.
Les Figures 2 et 3a-b illustrent une première configuration possible dans laquelle chaque tube 12 est disposé à l'extérieur des deux collecteurs adjacents 14, 16, et d'un même côté de ceux-ci. Le tube 12 est connecté à chacun des deux collecteurs 14, 16 par deux portions distinctes séparées de sa surface extérieure qui viennent en contact respectivement avec deux zones externes des deux collecteurs situés d'un même côté de ceux-ci.
Le tube 12 est percé à travers sa paroi au niveau des deux portions éloignées l'une de l'autre de manière à créer deux ouvertures distinctes 12c 12d, d'un même côté du tube et alignées entre elles suivant la dimension longitudinale ou axiale du tube. En d'autres termes, les deux ouvertures 12c, 12d sont disposées le long d'une des génératrices du cylindre que forme le tube.
Chaque collecteur 14, 16 est également percé à travers l'épaisseur de sa paroi afin de ménager une ouverture, 14a, 16a de dimensions correspondantes à celles de l'ouverture en regard 12c, 12d du tube.
Le tube 12 est connecté/raccordé aux deux collecteurs 14, 16 au niveau des zones extérieures en contact de ces trois éléments, dans les zones ou régions entourant les ouvertures, par exemple par soudage ou brasage selon le matériau constitutif des tubes et collecteurs (acier, inox, aluminium, cuivre...).
On notera que l'entrée de fluide dans chaque tube, de même que sa sortie, peut être réalisée à travers plus d'une ouverture (2, 3...) et la forme de la ou des ouvertures peut ne pas être circulaire (ces considérations s'appliquent également pour les configurations des figures 5 et 6).
Après connexion/raccord du tube aux collecteurs, l'ouverture 12c forme une ouverture d'entrée de fluide à l'intérieur du tube à partir du fluide qui est acheminé par le collecteur 14 et dessert les différents tubes connectés du radiateur. Un flux d'entrée de fluide Fl pénètre ainsi dans le tube 12 via l'ouverture 12c.
De même, l'ouverture 12d forme une ouverture de sortie du fluide hors du tube. L'ouverture 12d dirige un flux de sortie de fluide F2 à l'intérieur du collecteur 16 qui collecte les différents flux de sortie provenant des différents tubes connectés au collecteur 16.
Chaque tube 12 comporte en outre, à l'intérieur de son volume interne, un élément de séparation ou séparateur 18 qui sépare ou compartimente les flux d'entrée Fl et de sortie F2.
Le séparateur interne 18 de tube s'étend longitudinalement sur au moins une portion de la longueur du tube (fig. 2) et sur toute sa largeur ou diamètre (dimension transversale) dudit tube (fig. 3) afin d'empêcher toute communication directe de fluide (ou afin de limiter significativement cette communication) sur toute cette portion de longueur de tube. Ici le séparateur s'étend seulement sur une portion de la longueur du tube. Le séparateur a ainsi une géométrie adaptée de manière générale à la géométrie interne du tube afin que son contour externe suive globalement le profil interne du tube dans les zones en contact. Dans une forme de réalisation particulière, le contour externe du séparateur épouse le profil interne du tube dans les zones en contact, permettant ainsi d'obtenir une séparation étanche entre les flux d'entrée et de sortie. Toutefois, un contact étanche entre le séparateur et le tube n'est pas toujours nécessaire.
Le séparateur s'étend entre une première zone ZI de la paroi du tube qui est située entre les deux ouvertures 12c, 12d (pour empêcher toute interaction fluidique entre les flux entre l'entrée et la sortie du tube) et une deuxième zone Z2 de la paroi du tube, distante de la zone Zl.
Le séparateur 18 peut être fixé dans la zone Zl à n'importe quelle position axiale entre les deux ouvertures 12c et 12d (l'axe étant pris suivant la dimension longitudinale du tube) dans la mesure où il fait écran entre l'entrée et la sortie de fluide.
Sur la figure 2, le point a désigne la position axiale du point le plus éloigné de la paroi de fond de l'extrémité fermée 12b du tube par rapport à la zone Zl, le point b désigne la position axiale médiane de l'ouverture de sortie 16a, la position axiale de la zone de raccordement est matérialisée par le point c et X désigne l'extension longitudinale ou longueur du séparateur 18. La distance X s'étend entre la distance minimale ou segment [cb] (cette distance permet de séparer a minima les flux d'entrée et de sortie de fluide et donc d'éviter les pertes d'énergie calorifique dues au mélange des flux) et la distance maximale ou segment [ca] suivant laquelle le séparateur est en contact avec la paroi de fond. La longueur du séparateur est par exemple modulée en fonction de l'apport thermique souhaité.
Comme représenté sur les figures 2 et 3a, le séparateur 18 s'étend sur une distance X strictement inférieure à [ca] de manière à ce que l'extrémité distale 18b du séparateur soit à une distance suffisante du point a pour permettre au fluide d'être dévié à 180° sans introduire une perte de charge trop élevée. A cet égard, la distance entre le fond du tube (a) et le séparateur (18b) est par exemple telle que la section de passage correspondante offerte au fluide (désignée par S sur la figure 3a) est au moins égale à la section de passage offerte au fluide entre le séparateur et la paroi longitudinale du tube le long de la direction longitudinale du séparateur, que ce soit sur le chemin d'amenée du fluide Cl ou sur le chemin de retour du fluide C2 (les deux chemins sont séparés l'un de l'autre par le séparateur 18). On notera que cette distance peut toutefois être agrandie en fonction des besoins calorifiques (apport thermique) et de circonstances particulières d'utilisation même si cet accroissement de distance peut s'accompagner de plus de perturbations dans le fluide et d'échanges thermiques moins optimisés.
Le séparateur 12 a par exemple une forme générale allongée qui s'adapte globalement à la forme interne du tube.
Plus particulièrement, le séparateur a un corps de forme sensiblement rectiligne qui présente deux extrémités opposées 18a, 18b. La forme rectiligne du corps est par exemple celle d'un rectangle en vue de dessus (fig. 3).
A l'une, 18a, des deux extrémités le séparateur comporte un bord 18c qui est incliné/courbé (ici vers le bas sur les figures) par rapport à la forme rectiligne du corps. Le bord 18c a également une forme arrondie qui lui permet d'être en contact avec la paroi interne du tube suivant une zone de contact oblique (intersection d'un plan incliné avec une surface cylindrique).
Le bord 18c est fixé à la paroi interne du tube dans la zone ZI précitée par exemple par soudage ou brasage.
L'extrémité libre distale 18b, par exemple à bord droit, est située en regard du fond fermé de l'extrémité 12b dans la zone où le flux de fluide effectue un demi-tour.
Le séparateur a ici une forme générale de languette à bord incliné (ou de spatule de ski) mais pourrait adopter une forme différente.
La Figure 3b illustre une variante de réalisation dans laquelle le séparateur 18 est en contact avec la paroi de fond de l'extrémité fermée 12b. Toutefois, une ouverture 18d est pratiquée dans le séparateur à proximité de son extrémité distale 18b afin de permettre le passage du fluide du chemin Cl au chemin C2 (demi-tour de fluide). Cette ouverture peut être de la même section de passage S que sur la figure 3a ou d'une section agrandie, voire réduite. Dans une variante de réalisation non représentée, plusieurs ouvertures peuvent être pratiquées dans le séparateur. À titre d'exemple, la somme totale des sections de passage de toutes les ouvertures peut être égale à la section de passage S ou à une autre section de passage.
La Figure 4 illustre le principe de mise en place d'un séparateur tel que le séparateur 18 à l'intérieur d'un tube 12.
Sur la figure 4, le séparateur 18 a été représenté avec une longueur inférieure à celle des figures 2 et 3a-b par souci de simplification.
Dans l'exemple représenté, le séparateur et le tube sont en inox.
Un dispositif 20 (ex : tube ou injecteur) de dépose d'une pâte nécessaire pour l'opération de brasage ultérieure est utilisé. Ce dispositif permet ici de déposer à des endroits appropriés le long du séparateur, de chaque côté de celui-ci plusieurs plots PI de pâte de cuivre de quantité suffisante.
Le séparateur 18 ainsi préparé est introduit dans le sens de la flèche à l'intérieur du tube 12 dont une extrémité, ici 12a, est ouverte (le tube a été représenté en partie en transparence afin de montrer le séparateur positionné dans le tube à sa position fonctionnelle définitive souhaitée).
Un dispositif de chauffage 22 (ex : laser TIG) est ensuite utilisé pour effectuer un soudage temporaire, par exemple par points, du bord 18c, permettant ainsi de solidariser temporairement l'ensemble tube-séparateur durant l'opération de soudage ou brasage ultérieure. Cette opération de soudage temporaire est optionnelle.
Une fois le séparateur positionné et fixé temporairement (ou non) au tube, d'autres plots P2 peuvent être déposés de manière appropriée dans la zone de contact entre le bord incliné 18c et la surface intérieure du tube à l'aide du dispositif 20.
L'ensemble formé du tube et du séparateur est ensuite introduit dans un four pour réaliser une opération de brasage (connue en soi) en faisant fondre les plots de cuivre PI et P2 répartis sur la périphérie externe du séparateur en contact avec la paroi interne du tube 12 afin d'obtenir une solidarisation définitive du séparateur au tube.
D'autres types de solidarisation par soudage sont envisageables (soudage par résistance...).
Dans une variante de réalisation non représentée, le séparateur peut être introduit à l'intérieur du tube et maintenu mécaniquement en place sans y être fixé de manière définitive. Le séparateur est ainsi monté de façon amovible à l'intérieur du tube. À titre d'exemple, deux rails ou rainures longitudinales diamétralement opposés, aménagés sur la surface intérieure de la paroi du tube permettent de faire coulisser le séparateur par la tranche de chacun de ses deux bords longitudinaux opposés.
Tout ce qui a été décrit ci-dessus à propos du séparateur, que ce soit dans les modes des figures 1 à 4 ou dans les différentes variantes, s'applique également aux modes de réalisation des figures 5 à 12.
La Figure 5 illustre une deuxième configuration possible dans laquelle chaque tube 12 est inséré à l'intérieur des deux collecteurs 14, 16 par l'une 12a de ses deux extrémités opposées.
Cette configuration diffère de celle des figures 2 et 3 par la connexion entre le tube 12 et les collecteurs. Le tube 12 est ouvert à l'extrémité 12a et cette extrémité traverse de part en part le collecteur 16 et pénètre à l'intérieur du collecteur 14 afin de déboucher à l'intérieur de celui-ci. L'ouverture 12e de l'extrémité 12a fait face à la face interne 14a de la paroi du collecteur 14 et forme l'ouverture d'entrée du fluide dans le tube.
L'autre ouverture 12f du tube qui met en communication le flux de sortie du fluide dans le tube et le collecteur 16 est également élargie par rapport à l'ouverture 12d de la figure 2 puisque la portion du tube 12 comprenant l'ouverture de sortie de fluide est située à l'intérieur du collecteur
16. La dimension de l'ouverture peut ainsi être adaptée en fonction des besoins en débit.
La Figure 6 illustre une troisième configuration possible qui est intermédiaire entre les configurations des figures 2 et 5. Dans cette configuration intermédiaire chaque tube 12 traverse complètement les deux collecteurs mais seulement sur une partie de leur diamètre. Le tube 12 fait saillie hors des collecteurs d'un même côté de ceux-ci, comme sur la figure 2. Les ouvertures d'entrée et de sortie de fluide 12f, 12g sont ainsi élargies et les zones de connexion/raccordement entre chaque tube et chaque collecteur sont agrandies et plus facilement accessibles par rapport à la figure 2.
Plus particulièrement, chaque tube 12 possède une section transversale dont les dimensions sont définies par une hauteur H et une largeur (perpendiculaire au plan de la figure ; ici la largeur est égale à H car il s'agit d'un tube à section circulaire). Le tube comporte deux portions de tube (suivant sa longueur) 12h, 12i qui s'emboîtent chacune à l'intérieur d'un collecteur, 16 ou 14 selon la portion, sur au moins une partie h de la hauteur H, avec 0,05H < h < H. Bien ce que cela ne soit pas représenté sur la figure 6, la partie emboîtée h inclut l'épaisseur du tube.
Le tube peut ainsi pénétrer complètement à l'intérieur des deux collecteurs en restant toutefois affleurant à la surface supérieure des collecteurs, à condition que la hauteur (diamètre) des collecteurs soit supérieure à H. Dans une forme de réalisation particulière, 0,55H < h < H, ce qui assure un emboîtement/verrouillage mécanique du tube dans les collecteurs. L'assemblage est ainsi rendu plus solide et peut être manipulé plus facilement.
La Figure 7 illustre en coupe (ici dans un plan vertical) une configuration de radiateur dans laquelle des tubes 30 sont connectés chacun à un unique collecteur 32. Dans la représentation qui est faite, seuls deux tubes sont illustrés par souci de simplification mais le nombre de tubes est généralement supérieur comme le montre la Figure 8. Tout ce qui a été expliqué ci-dessus à propos des tubes et des collecteurs s'applique ici à l'exception de ce qui est spécifique à la présence de deux collecteurs.
Le collecteur 32 comporte un séparateur de collecteur 34 qui divise l'espace interne au collecteur en deux sous-espaces ou compartiments :
- un premier sous-espace SI dédié à l'amenée de fluide aux tubes 30 (ce sous-espace joue le rôle du collecteur 14), et
- un second sous-espace S2 dédié à la collecte du fluide sortant des tubes (ce sous-espace joue le rôle du collecteur 16).
Les deux sous-espaces peuvent être étanches ou non l'un par rapport à l'autre, selon les contraintes imposées pour la conception du radiateur.
Le collecteur 32 comporte, en partie basse, une connexion d'entrée 36 pour l'amenée de fluide dans le sous-espace SI (le ou les éléments chauffants n'ont pas été représentés ici par souci de clarté) et une connexion de sortie
38, parallèle à la connexion d'entrée 36, pour permettre au fluide collecté dans le sous-espace S2 de sortir du collecteur.
Dans les configurations des figures précédentes les collecteurs étaient de section transversale circulaire car il s'agissait de tubes collecteurs.
Ici, le collecteur 32 a par exemple une section transversale générale rectangulaire (la section peut alternativement adopter d'autres formes : carrée...) qui est relativement simple à fabriquer et confère un encombrement réduit, pour une disposition contre une paroi, par rapport à un collecteur de section circulaire. La division de l'espace interne au collecteur s'avère également simple à réaliser avec une telle section.
Le séparateur 34 a par exemple une forme générale de lame ou languette rectiligne 34a munie de pieds 34b régulièrement espacés suivant la longueur de la lame, sur chacun des deux côtés longitudinaux de ladite lame, opposés deux à deux, comme représenté sur la figure 8. Le séparateur 34 est ainsi introduit à l'intérieur de l'espace interne vide du collecteur par une de ses deux extrémités opposées et repose, par l'intermédiaire des pieds 34b, sur l'une 32a des deux parois opposées 32a, 32b du collecteur.
Les parois 32a, 32b sont les parois de plus petites dimensions du collecteur (petits côtés du volume) relativement aux parois adjacentes 32c, 32d de plus grandes dimensions.
La lame est par exemple solidarisée aux parois adjacentes 32c, 32d le long desquelles elle s'étend, par exemple par brasage comme décrit ci-dessus en relation avec la figure 4, en déposant des plots P3 de pâte de brasage, le long des bords longitudinaux de la lame et en les faisant fondre à l'intérieur d'un four de brasage.
La lame 34a est traversée dans son épaisseur d'une pluralité d'orifices 34c alignés suivant la longueur de la lame et régulièrement espacés entre eux.
La Figure 9 illustre le collecteur 32 de la figure 8 dans lequel des trous 40 ont été percés dans la paroi 32b, en correspondance géométrique avec les orifices 34c de la lame. Cet agencement permet l'insertion d'une portion des tubes 30 (cette portion inclut une extrémité libre ouverte 30a des tubes) dans les trous 40, puis dans les orifices 34c alignés avec les trous 40. L'extrémité libre débouchante périphérique 30a des tubes est fixée au bord périphérique des orifices 34c de la lame 34a (fig. 7) et il en est de même avec une zone extérieure périphérique des tubes qui est au contact du bord périphérique des trous 40. Les tubes 30 ont chacun la même configuration que les tubes 12 de la figure 5 :
- avec une ouverture frontale 30c qui fait face à la face interne de la paroi 32c du collecteur (sous-espace interne SI d'amenée du fluide) pour faire entrer le fluide chaud dans le tube, et
-avec une ouverture latérale 30d dans la paroi longitudinale du tube, l'ouverture communiquant avec l'intérieur du sous-espace interne S2 du collecteur pour faire sortir le fluide refroidi du tube.
Le séparateur 18 est par exemple celui de la figure 5 et assure la même fonction.
Le collecteur 32 comporte également des parois d'extrémité 42, 44 (fig. 7) pour fermer l'espace interne de manière amovible. Les connexions 36, 38 sont par exemple montées dans la paroi d'extrémité ou fond 44.
Alternativement, dans une variante non représentée, les parois 32c, 32d en vis-à-vis peuvent comporter chacune une rainure longitudinale en regard et la lame peut être insérée et coulisser dans cette rainure pour adopter ainsi une position permanente de séparation entre les deux sousespaces SI et S2. Dans cette variante les pieds 34b sont supprimés.
La Figure 10 illustre une configuration différente de celle de la figure 7. Le radiateur comporte ici deux collecteurs disposés côte à côte 50, 52 et une pluralité d'éléments radiants 54 parallèles, raccordés à chacun des deux collecteurs.
L'emboitement des éléments radiants dans les collecteurs peut être identique à l'illustration de la figure 5 dans laquelle chaque élément radiant traverse de part en part un premier collecteur et pénètre ensuite partiellement dans le second collecteur par une extrémité ouverte.
Alternativement, l'emboitement des éléments radiants dans les collecteurs peut être identique à l'illustration de la figure 6 dans laquelle les éléments radiants ne sont encastrés que partiellement dans les collecteurs, voire totalement, mais en étant toujours montés affleurant par rapport à la paroi des collecteurs (h = H).
Toutefois, les éléments radiants 54 ne sont pas à proprement parler des tubes mais des conduits allongés de section générale aplatie, comme illustré sur la Figure 11. Cette forme appelée semi-ovale peut être obtenue en pinçant de manière diamétralement opposée un tube à section circulaire. Cette forme peut également être définie comme un rectangle dont les deux petits côtés opposés sont arrondis.
Comme dans tous les autres modes, un séparateur d'écoulement de fluide 56 est intégré à chaque élément radiant 54 et s'étend sur toute la largeur de ce dernier tel qu'illustré sur les figures 10 et 11. Le séparateur 56 est positionné par une extrémité 56a (bord courbé/plié) entre les ouvertures d'entrée et de sortie de fluide de l'élément radiant et s'étend en direction de l'extrémité fermée (fond) 54a de ce dernier. Par souci de clarté le séparateur 56 est représenté ici avec une courte extension mais, selon les besoins notamment en apport thermique, l'extrémité libre 56b peut être plus ou moins proche du fond 54a, voire en contact avec ce dernier comme décrit plus haut.
Comme illustré sur la figure 10, l'extrémité ouverte 54b a son ouverture 54c (ouverture d'entrée de fluide) qui fait face à l'intérieur du collecteur d'amenée de fluide 50 et à la paroi en regard 50a de ce dernier, tel qu'illustré sur la figure 5.
L'élément radiant 54 présente également deux ouvertures 54d, 54e (ouvertures de sortie de fluide), distantes situées dans une même section transversale de l'élément radiant. Ces ouvertures permettent au flux de fluide refroidi par les échanges thermiques avec la paroi de l'élément radiant de sortir de ce dernier et d'être collecté par le collecteur 52 afin d'être évacué hors du radiateur.
Le séparateur 56 est ainsi disposé de manière similaire au séparateur 18 de la figure 5.
La figure 11 illustre l'installation et la fixation du séparateur 56 dans l'élément radiant 54.
La description de ces étapes est identique à celles décrites en référence à la figure 4 en utilisant les éléments 20, 22 et des plots de pâte à braser P4 déposés par exemple sur des zones périphériques du séparateur destinées à être en contact avec la paroi de l'élément radiant et des plots P5 par exemple à cheval sur des zones de contact entre le bord incliné du séparateur 56 et l'élément radiant 54. Une étape de soudage temporaire est là aussi optionnelle.
Selon une variante non représentée, les éléments radiants 54 sont connectés à un collecteur unique tel que celui des figures 7 à 9.
La figure 12 illustre différentes formes possibles de séparateurs d'écoulement pour différentes sections possibles d'éléments radiants.
Ainsi, le premier séparateur 60 a une forme générale de lame ou languette à bord courbé/plié qui se termine en forme de pointe. Cette forme est adaptée à la géométrie interne de l'élément radiant ou conduit 62 qui possède une section transversale carrée ou en forme de losange. L'élément radiant 62 est positionné avec une de ses arêtes 62a dirigée vers le bas et l'arête opposée 62b vers le haut. Les ouvertures 62e et 62f sont ménagées au niveau de l'arête inférieure 62a et l'élément radiant peut ainsi être connecté/raccordé au(x) collecteur(s) comme sur la figure 6. Ainsi, le séparateur 60 est disposé dans un plan défini par les deux autres arêtes 62c, 62d et s'étend entre ces deux arêtes, du côté interne. Alternativement, l'élément radiant ou conduit 62 peut être tourné d'un quart de tour et l'élément radiant est positionné avec un de ses côtés orienté vers le bas. Alternativement, l'élément radiant ou conduit 62 peut être tourné d'un angle quelconque entre sa position de la figure 12 et une position obtenue par une rotation d'un quart de tour. Le séparateur a alors une forme adaptée à la largeur entre deux parois opposées.
Le deuxième séparateur 56 est celui décrit ci-dessus en relation avec l'élément radiant ou conduit 54 des figures 10 et 11.
Le troisième séparateur 18 est celui décrit ci-dessus en relation avec l'élément radiant ou conduit 12 (tube à section circulaire) de la figure 6.
Le quatrième séparateur 64 est adapté à un élément radiant ou conduit 66 à section transversale rectangulaire doté de deux ouvertures 66a et 66b orientées vers le bas et analogues aux ouvertures 12g et 12h de la figure
6. Le séparateur 64 a une forme très similaire à celle du séparateur 56 mais le bord courbé/plié 64a a un contour droit adapté à la section rectangulaire, tandis que le bord courbé/plié du séparateur 56 a des côtés qui vont en s'arrondissant vers l'extrémité libre du bord.
On notera que les différentes formes de séparateurs et d'éléments radiants illustrées sur la figure 12 peuvent être adaptées (par exemple au niveau des ouvertures...) à différentes configurations de collecteur(s) et également à différentes configurations de connexion éléments radiantscollecteur(s), telles que celles illustrées sur les figures là 11 et décrites cidessus, ainsi que celles des nombreuses variantes y associées.
De manière générale et commune à tous les modes et variantes décrits ci-dessus, le collecteur d'amenée de fluide chaud (ou le compartiment dédié dans un collecteur unique) est disposé le plus loin possible de l'extrémité fermée distale de l'élément radiant pour que le flux chaud entrant dans l'élément radiant à proximité de l'extrémité proximale parcourt la plus grande longueur possible de cet élément radiant et donc assure un meilleur échange thermique avec ce dernier. Le collecteur d'évacuation de fluide refroidi est généralement disposé entre le collecteur d'amenée de fluide chaud et l'extrémité fermée distale de l'élément radiant.
De manière générale et commune à tous les modes et variantes décrits ci-dessus (quelles que soient les formes de séparateur et les configurations des éléments radiants, du ou des collecteurs...) un séparateur d'écoulement, amovible ou non, peut être ajouté à chacun des éléments radiants après fabrication de ce dernier (avant connexion au(x) collecteur(s)), comme on l'a décrit par exemple en relation avec la figure 4. D'autres modes de fixation sont toutefois envisageables. La conception des éléments radiants et du ou des collecteurs n'est ainsi pas remise en question.
De même, la présence d'un séparateur d'écoulement dans chacun des éléments radiants entre l'entrée et la sortie de fluide améliore les échanges thermiques fluide-paroi des éléments radiants et donc la capacité calorifique du radiateur.
Lorsque le séparateur s'étend sur une grande longueur des éléments radiants, les échanges thermiques sont considérablement améliorés puisque les fluides chaud et refroidi sont maintenus séparés sur cette grande longueur. Lorsque, par exemple, le séparateur s'étend sur une longueur telle que la section de passage restante entre le séparateur et la paroi de fond de l'élément radiant est sensiblement la même que la section de passage du fluide entre le séparateur et la paroi longitudinale de l'élément radiant, la capacité calorifique du radiateur est optimisée.
En effet, le fluide chaud est canalisé sensiblement jusqu'à la zone interne de l'élément radiant où il effectue un demi-tour et il n'échange donc pas ses calories avec le fluide de retour refroidi.
Dans certaines circonstances d'utilisation, la capacité calorifique d'un radiateur (par exemple un radiateur sèche serviettes à eau) ainsi configuré 10 peut être augmentée d'environ 10 à 20%, voire même 30%.
De manière générale et commune à tous les modes et variantes décrits précédemment, la circulation de fluide dans les éléments radiants est améliorée, voire optimisée dans certaines circonstances. La chauffe dans les éléments radiants intervient de moins en moins par convection thermique, 15 voire plus du tout. De ce fait, il n'y a que très peu, voire plus du tout de fluide stagnant à l'intérieur des éléments radiants, ce qui réduit considérablement les risques associés tels que la corrosion, les salissures, le développement bactérien...

Claims (16)

  1. REVENDI CATI ONS
    1. Radiateur (10) comprenant au moins un collecteur (14, 16) et des éléments radiants allongés (12) qui sont connectés chacun de manière fluidique et mécanique, sur au moins une portion de leur longueur, audit au moins un collecteur, chaque élément radiant étant connecté fluidiquement audit au moins un collecteur par l'intermédiaire, d'une part, d'au moins une ouverture d'entrée (14a) permettant l'entrée d'un flux de fluide à l'intérieur de l'élément radiant et, d'autre part, d'au moins une ouverture de sortie (16a) permettant la sortie d'un flux de fluide de l'élément radiant, caractérisé en ce que chaque élément radiant comprend au moins un séparateur interne (18) qui sépare le flux de fluide d'entrée (Fl) du flux de fluide de sortie (F2).
  2. 2. Radiateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit au moins un séparateur (18) s'étend sur au moins une portion de la longueur de l'élément radiant (12) et sur toute la largeur de ce dernier de manière à séparer les flux sur la portion de longueur.
  3. 3. Radiateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit au moins un séparateur (18) s'étend à partir d'une zone de la paroi de l'élément radiant qui est située entre ladite au moins une ouverture d'entrée et ladite au moins une ouverture de sortie.
  4. 4. Radiateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit au moins un séparateur (18) s'étend en éloignement de ladite au moins une ouverture d'entrée et en direction d'une extrémité fermée de l'élément radiant.
  5. 5. Radiateur selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit au moins un séparateur (18) s'étend sur une distance au moins supérieure à la distance entre ladite zone et ladite au moins une ouverture de sortie.
  6. 6. Radiateur selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que ledit au moins un séparateur (18) s'étend sur une distance telle que l'extrémité libre dudit au moins un séparateur est écartée d'une extrémité fermée de l'élément radiant ou s'étend jusqu'à une extrémité fermée de l'élément radiant et comporte une ou plusieurs ouvertures pour le passage de fluide à travers ledit au moins un séparateur en direction de ladite au moins une ouverture de sortie.
  7. 7. Radiateur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit au moins un séparateur (18) forme une pièce rapportée par rapport à l'élément radiant.
  8. 8. Radiateur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit au moins un séparateur (18) a une forme adaptée à la géométrie interne de l'élément radiant.
  9. 9. Radiateur selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit au moins un séparateur (18) a une forme générale allongée sensiblement rectiligne munie à une extrémité d'un bord qui est incliné relativement à sa forme sensiblement rectiligne.
  10. 10. Radiateur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les éléments radiants (12) ont chacun une section transversale ayant une forme choisie parmi les formes suivantes : carrée, losange, circulaire, rectangulaire, semi-ovale, triangulaire.
  11. 11. Radiateur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ledit au moins un collecteur comprend un unique collecteur (32) ou deux collecteurs disposés côte à côte (14, 16).
  12. 12. Radiateur selon la revendication 11, caractérisé en ce que le collecteur unique (32) comprend au moins un séparateur de collecteur qui divise l'espace interne au collecteur en un premier sous-espace (SI) dédié à l'amenée de fluide aux éléments radiants et en un second sous-espace (S2) dédié à la collecte du fluide sortant des éléments radiants.
  13. 13. Radiateur selon la revendication 11, caractérisé en ce que chaque élément radiant (12) est connecté, d'une part, à un premier collecteur (14) d'amenée de fluide par ladite au moins une ouverture d'entrée de fluide et, d'autre part, à un second collecteur (16) de collecte de fluide
    5 ladite au moins une ouverture de sortie de fluide.
  14. 14. Radiateur selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que chaque élément radiant (12) possède une section transversale définie par une hauteur H et une largeur et ladite portion connectée de la longueur de chaque élément radiant s'emboîte à l'intérieur dudit au
    10 moins un collecteur (14, 16) sur au moins une partie h de la hauteur H, avec 0,55H < h < H.
  15. 15. Radiateur selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que chaque élément radiant (12) est disposé à l'extérieur dudit au moins un collecteur (14, 16) et est connecté à ce dernier par leurs surfaces
    15 extérieures respectives en contact.
  16. 16. Radiateur selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que chaque élément radiant (12) est inséré à l'intérieur dudit au moins un collecteur (14, 16) par l'une de ses deux extrémités opposées.
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