WO1988001826A1 - Dispositif de production de chaleur - Google Patents

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Didier Vignard
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Didier Vignard
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64—Heating using microwaves
    • H05B6/80—Apparatus for specific applications

Definitions

  • the present invention relates to devices for producing heat, and more particularly to devices which make it possible to supply heat energy for the heating of premises such as, for example, residential premises, these devices being commonly called "radiators”. .
  • such a type of radiator comprises a sealed enclosure made of a material which is a good thermal conductor in which a liquid such as water is placed.
  • a source of electromagnetic waves of high frequency of the order of 2400 megahertz, like, for example, a magnetron which emits these waves towards the liquid which is thus heated.
  • This hot liquid transmits calories to the walls of the enclosure which thus heat the ambient air in which the enclosure is placed, until the air has the desired temperature.
  • porous or spongy materials such as foams or fabrics making it possible to distribute the liquid by capillarity throughout the space of the enclosure, which improves the heat exchanges. between this liquid and the wall of the enclosure.
  • the present invention aims to overcome the drawbacks mentioned above and to produce a device for producing heat by means of microwaves for heating the ambient environments of premises, which is both d 'a good yield and a simple design, at least simpler than that of the prior art, while being less expensive.
  • the subject of the present invention is a device for producing heat comprising
  • an enclosure at least part of the side walls of which is made of a relatively good thermal conductive material, said enclosure being capable of containing a liquid
  • a source of electromagnetic waves capable of radiating said waves in at least part of the space defined inside said enclosure, said waves being able to heat said liquid by being absorbed by the latter, characterized by fact that it comprises means for spraying said liquid inside said enclosure, said sprayed liquid being sent to the walls of material which is a good thermal conductor by crossing said space subjected to the radiation of electromagnetic waves emitted by said source.
  • FIGS. 1 and 2 represent respectively in section and in schematic perspective the same embodiment of a heat production device according to the invention.
  • the illustrated embodiment comprises a sealed enclosure 1 of generally parallelepiped shape defining an interior space 2.
  • This enclosure is advantageously made of a material which is good or relatively good thermal conductor, such as copper, aluminum, cast iron, l stainless steel, etc., but preferably forming a screen, and advantageously a reflector, with electromagnetic waves such as those of the microwave category, unlike, for example, glass, plastic and porcelain.
  • the bottom 3 of the enclosure is shaped into a container 4 capable of containing a liquid such as, for example, water 5.
  • this enclosure is associated a source 6 of electromagnetic waves whose output window 7 of these waves is located in the enclosure 1, in order to be able to radiate in at least part 8 of the space 2 defined by the enclosure 1.
  • this source 6 consists of an electronic element such as a magnetron 9 emitting microns of 2450 megahertz capable of being supplied by its input 10 from an electrical energy supply well known in itself and which will not be described more fully.
  • the window 7 for the radiation from the source 6 is protected by a screen 11 transparent to the electromagnetic waves emitted by this source 6.
  • This screen 11 can be formed, for example, by a glass bell associated with the wall of the enclosure 1 by a sealed passage 12 obtained by a seal 13 made of a material resistant to heat.
  • the device comprises means 20 for spraying the liquid 5 contained in the container 4, so that the drops first pass through the part 8 of the space 2 in which is able to radiate the source. 6. The drops then move towards the inner surface 21 of the enclosure 1, in this case the upper parts 22 of the walls vertical lateral 23 and the upper wall 24 and strike this internal surface 21, then fall back into the container 4 while dripping onto the surface 21.
  • these spraying means 20 consist of a suction and discharge pump 30.
  • the inlet 31 of the pump 30 is connected to a first pipe 32 whose inlet 33 is located in the bottom 34 of the container 4 and which passes through the bottom wall 3 of the enclosure 1, while the outlet 35 of this pump is connected to the interior 2 of the enclosure 1 by a second pipe 36, the outlet 37 of which comprises a nozzle 38 arranged for that its ejection cone 39 intersects at most with that of the radiation 8 from the source 6.
  • a maximum number of drops of sprayed liquid can be subjected to radiation 8, before striking the internal walls 21 of the pregnant.
  • the container 4 is filled with a certain amount of water, for example a liter or two for an enclosure with a volume of ten liters.
  • the source 6 and the pump 30 are started simultaneously.
  • At the outlet of the nozzle 38 there is a spraying of water with the formation of a multitude of drops which pass through the radiation space 8 of the source.
  • These drops are then heated by the known principle of molecular vibration produced by microwaves which excite molecules at a given frequency.
  • the drops are simultaneously projected towards the internal wall 21 of the enclosure to strike them and fall back towards the container 4.
  • such a device can also include an electronic control unit 60 for controlling the start-up of both the pump 30 and the source 6 as a function of different parameters which may be the temperature inside the enclosure. 1, the temperature of the ambient air in which the enclosure is placed, the instants and periodicity of operation of the device, etc.
  • the device may include a first temperature probe 61 placed inside the enclosure 2, outside of the container 4 and preferably at a fairly high point, the outlet 62 of which is connected to a control input 63 of the unit 60 which analyzes the signal obtained at the output of the probe 61 and commands the stop of the operation of the source 6 and of the pump 30 when the value of this signal exceeds a predetermined threshold corresponding to a temperature value to be not exceed in enclosure 1.
  • the device can also include a second probe 64 which is placed in ambient air to measure the temperature and be able to maintain it at the desired value.
  • the control unit can also include a second probe 64 which is placed in ambient air to measure the temperature and be able to maintain it at the desired value.
  • the 60 allows, by an adjustment button 65, to be able to display the value on which the ambient air temperature must be regulated.
  • control unit 60 may include an internal programmer associated with a clock to obtain a cyclic command of the operation of the device, the programmer being adjusted by means of a second button 66.
  • the device can, in addition, include safety members such as, for example, a safety valve 70 which can open if the pressure inside the enclosure exceeds a certain value at which this valve is advantageously set at the summit of the enclosure.
  • safety members such as, for example, a safety valve 70 which can open if the pressure inside the enclosure exceeds a certain value at which this valve is advantageously set at the summit of the enclosure.
  • these walls may comprise, on their external face, radiant projecting parts such as radiation fins 80.

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Constitution Of High-Frequency Heating (AREA)
  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
  • Heating, Cooling, Or Curing Plastics Or The Like In General (AREA)
  • Hard Magnetic Materials (AREA)
  • Central Heating Systems (AREA)

Abstract

Le dispositif est essentiellement caractérisé par le fait qu'il comporte une enceinte (1) dont au moins une partie des parois latérales est en un matériau relativement bon conducteur thermique, cette enceinte étant apte à contenir un liquide (5), une source (6) d'ondes électromagnétiques apte à rayonner ces ondes dans au moins une partie (8) de l'espace défini à l'intérieur (2) de l'enceinte, ces ondes étant aptes à échauffer le liquide en étant absorbées par ce dernier, des moyens (20) pour pulvériser le liquide à l'intérieur de l'enceinte, le liquide pulvérisé étant envoyé sur les parois (21) en matériau bon conducteur thermique en traversant l'espace soumis au rayonnement des ondes électromagnétiques émises par la source (6). Application, notamment, au chauffage des locaux d'habitation, des bureaux, etc...

Description

Dispositif de production de chaleur
La présente invention concerne les dispositifs de production de chaleur, et plus particulièrement les dispositifs qui permettent de fournir de l'énergie calorifique pour le chauffage de locaux tels que, par exemple, les locaux d'habitation, ces dispositifs étant couramment dénommés "radiateurs".
Pour chauffer des locaux, il existe de nombreux dispositifs qui utilisent toutes les énergies, fuel, charbon, bois, gaz, etc.. et électricité. L'électricité est une énergie très pratique car ne nécessitant pas des manipulations importantes et salissantes de la part des utilisateurs. Par contre, il est bien évident qu'il faut convertir cette énergie électrique en énergie calorifique. Pour ce faire, on utilise différents convertisseurs, par exemple des résistances chauffantes qui ont un rendement relativement faible. Aussi, depuis quelque temps, on commence à utiliser des convertisseurs qui transforment l'énergie électrique en des ondes électro-magnétiques d'une fréquence déterminée qui, elles-mêmes, échauffent des liquides comme de l'eau en provoquant la vibration de leurs molécules. Les liquides chauffent à leur tour des radiateurs qui transmettent les calories à l'air ambiant et chauffent ainsi les locaux. On s'est très vite aperçu que ce type de radiateurs pouvait donner de bons résultats, du fait que le rendement obtenu est, en général, supérieur à ceux des autres convertisseurs comme, par exemple, les résistances chauffantes.
D'une façon générale, un tel type de radiateur comprend une enceinte étanche en un matériau bon conducteur thermique dans laquelle est disposé un liquide comme de l'eau. A cette enceinte, est associée une source d'ondes électro-magnétiques de haute fréquence, de l'ordre de 2 400 mégahertz , comme , par exemple, un magnétron qui émet ces ondes vers le liquide qui est ainsi échauffé. Ce liquide chaud transmet des calories aux parois de l'enceinte qui chauffent ainsi l'air ambiant dans lequel est disposée l'enceinte, jusqu'à ce que l'air ait la température désirée.
Le rendement d'un tel radiateur est affaibli par la relative mauvaise transmission des calories du liquide aux parois de l'enceinte.
Pour améliorer cette transmission, il a été proposé de disposer, dans l'enceinte, des matériaux poreux ou spongieux comme des mousses ou tissus permettant de répartir le liquide par capillarité dans tout l'espace de l'enceinte, ce qui améliore les échanges thermiques entre ce liquide et la paroi de l'enceinte.
En fait, une telle réalisation est difficile à mettre en oeuvre et relativement onéreuse. De plus, les tissus ou mousses utilisés ne permettent pas toujours une répartition homogène de la capillarité et donc un contact continu du liquide avec les parois de l'enceinte. Enfin, l'échauffement de ces matériaux entraîne assez rapidement leur dégradation.
Aussi, la présente invention a-t-elle pour but de pallier les inconvénients mentionnés ci-dessus et de réaliser un dispositif de production de chaleur au moyen de micro-ondes pour le chauffage des milieux ambiants de locaux, qui soit à la fois d'un bon rendement et d'une conception simple, du moins plus simple que celle de l'art antérieur, tout en étant moins onéreux.
Plus précisément, la présente invention a pour objet un dispositif de production de chaleur comportant
- une enceinte dont au moins une partie des parois latérales est en un matériau relativement bon conducteur thermique, ladite enceinte étant apte à contenir un liquide, et
- une source d'ondes électro-magnétiques apte à rayonner cesdites ondes dans au moins une partie de l'espace défini à l'intérieur de ladite enceinte, lesdites ondes étant aptes à échauffer ledit liquide en étant absorbées par ce dernier, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens pour pulvériser ledit liquide à l'intérieur de ladite enceinte, ledit liquide pulvérisé étant envoyé sur les parois en matériau bon conducteur thermique en traversant ledit espace soumis au rayonnement des ondes électro-magnétiques émises par ladite source.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description suivante donnée en regard du dessin annexé à titre illustratif mais nullement limitatif, dans lequel les Figures 1 et 2 représentent respectivement en coupe et en perspective schématiques un même mode de réalisation d'un dispositif de production de chaleur selon l'invention.
Les deux Figures 1 et 2 représentant un même mode de réalisation d'un dispositif de production de chaleur, les mêmes références y désignent les mêmes éléments.
Le mode de réalisation illustré comprend une enceinte étanche 1 de forme généralement parallélépipédique définissant un espace intérieur 2. Cette enceinte est avantageusement réalisée en un matériau bon ou relativement bon conducteur thermique, comme du cuivre, de l'aluminium, de la fonte, de l'acier Inoxydable, etc.. mais, de préférence, formant écran, et avantageusement réflecteur, aux ondes électro-magnétiques comme celles de la catégorie des micro-ondes, à la différence, par exemple, du verre, de la matière plastique et de la porcelaine.
Le fond 3 de l'enceinte est conformé en un récipient 4 apte à contenir un liquide comme, par exemple, de l'eau 5.
A cette enceinte est associée une source 6 d'ondes électromagnétiques dont la fenêtre de sortie 7 de ces ondes est située dans l'enceinte 1, pour pouvoir rayonner dans au moins une partie 8 de l'espace 2 défini par l'enceinte 1. Avantageusement, cette source 6 est constituée d'un élément électronique comme un magnétron 9 émettant des micro-ondes de 2 450 mégahertz apte à être alimenté par son entrée 10 à partir d'une énergie électrique d'alimentation bien connue en elle-même et qui ne sera pas plus amplement décrite. La fenêtre 7 de sortie du rayonnement de la source 6 est protégée par un écran 11 transparent aux ondes électro-magnétiques émises par cette source 6. Cet écran 11 peut être constitué, par exemple, par une cloche en verre associée à la paroi de l'enceinte 1 par un passage étanche 12 obtenu par un joint 13 en un matériau résistant bien à la chaleur.
Selon une caractéristique structurelle importante, le dispositif comporte des moyens 20 pour pulvériser du liquide 5 contenu dans le récipient 4, de façon que les gouttes passent tout d'abord dans la partie 8 de l'espace 2 dans laquelle est apte à rayonner la source 6. Les gouttes se dirigent ensuite vers la surface intérieure 21 de l'enceinte 1, en l'occurrence les parties supérieures 22 des parois latérales verticales 23 et la paroi supérieure 24 et frappent cette surface intérieure 21, pour ensuite retomber dans le récipient 4 en ruisselant sur la surface 21.
Dans un mode de réalisation avantageux, ces moyens de pulvérisation 20 sont constitués par une pompe aspirante et refoulante 30. L'entrée 31 de la pompe 30 est reliée à une première conduite 32 dont l'entrée 33 est située dans le fond 34 du récipient 4 et qui traverse la paroi de fond 3 de l'enceinte 1, tandis que la sortie 35 de cette pompe est reliée à l'intérieur 2 de l'enceinte 1 par une deuxième conduite 36 dont la sortie 37 comporte un gicleur 38 disposé pour que son cône d'éjection 39 soit sécant au maximum avec celui du rayonnement 8 de la source 6. De cette façon, un nombre maximum de gouttes de liquide pulvérisé peut être soumis au rayonnement 8, avant de frapper les parois Intérieures 21 de l'enceinte. Bien entendu, l'ensemble des éléments comme la pompe 30, le corps du magnétron et son alimentation, éventuellement ses éléments périphériques de commande, son filtrage par capacités, ses moyens de refroidissement, etc.. seront avantageusement disposés dans une enveloppe 50 contigue à l'enceinte 1, dans le souci de minimiser l'encombrement et le prix de fabrication d'un tel dispositif.
Le dispositif décrit ci-dessus fonctionne de la façon suivante :
Le récipient 4 est rempli d'une certaine quantité d'eau, par exemple d'un litre ou de deux pour une enceinte d'un volume d'une dizaine de litres. La source 6 et la pompe 30 sont mises en marche simultanément. A la sortie du gicleur 38, il se produit une pulvérisation de l'eau avec formation d'une multitude de gouttes qui traversent l'espace de rayonnement 8 de la source. Ces gouttes sont alors échauffées par le principe connu de la vibration moléculaire produite par les micro-ondes qui excitent les molécules à une fréquence donnée. Les gouttes sont en même temps projetées vers la paroi intérieure 21 de l'enceinte pour aller les frapper et retombent vers le récipient 4.
En frappant cette paroi et en s 'écoulant sur elle, les gouttes échangent avec elle leurs calories et chauffent ainsi l'enceinte 1. L'enceinte chauffe à son tour l'air ambiant dans lequel elle est placée, comme le font tous les radiateurs de chauffage de locaux. On voit l'avantage d'un tel dispositif qui permet d'utiliser le principe de chauffage par micro-ondes en éliminant tous les éléments accessoires disposés à l'intérieur de l'enceinte utilisés dans l'art antérieur et qui limitaient la durée de vie de ces dispositifs, et en n'utilisant que des éléments sans haute technicité, ce qui simplifie grandement la maintenance. De plus, la pulvérisation de l'eau permet une action des micro-ondes sur les molécules d'eau plus rapide et totale, en même temps qu'une meilleure répartition de la chaleur, ce qui donne au dispositif un très bon rendement thermique. Bien entendu, un tel dispositif peut aussi comporter une unité électronique de commande 60 pour contrôler la mise en marche aussi bien de la pompe 30 que de la source 6 en fonction de différents paramètres qui peuvent être la température à l'intérieur de l'enceinte 1, la température de l'air ambiant dans lequel est disposée l'enceinte, les instants et périodicité de fonctionnement du dispositif, etc..
Ainsi, le dispositif peut comporter une première sonde de température 61 disposée dans l'intérieur 2 de l'enceinte, en dehors du récipient 4 et de préférence en un point assez haut, dont la sortie 62 est reliée à une entrée de commande 63 de l'unité 60 qui analyse le signal obtenu à la sortie de la sonde 61 et commande l'arrêt du fonctionnement de la source 6 et de la pompe 30 quand la valeur de ce signal dépasse un seuil prédéterminé correspondant à une valeur de température à ne pas dépasser dans l'enceinte 1.
Le dispositif peut aussi comporter une deuxième sonde 64 placée, elle, dans l'air ambiant, pour en mesurer la température et pouvoir la maintenir à la valeur voulue. En effet, l'unité de contrôle
60 permet, par un bouton de réglage 65, de pouvoir afficher la valeur sur laquelle doit être régulée la température de l'air ambiant.
De même, l'unité de contrôle 60 peut comporter un programmateur interne associé à une horloge pour obtenir une commande cyclique du fonctionnement du dispositif, le programmateur étant réglé au moyen d'un deuxième bouton 66.
Le dispositif peut, en plus, comporter des organes de sécurité comme, par exemple, une soupape de sécurité 70 pouvant s'ouvrir si la pression à l'intérieur de l'enceinte dépasse une certaine valeur à laquelle est tarée cette soupape avantageusement située au sommet de l'enceinte.
Enfin, dans le but d'améliorer l'échange thermique entre les parois de l'enceinte et l'air ambiant, ces parois peuvent comporter, sur leur face externe, des parties en saillie radiantes comme des ailettes de radiation 80.

Claims

R E V E ND I C AT I O N S
1. Dispositif de production de chaleur comportant
- une enceinte (1) dont au moins une partie des parois latérales est en un matériau relativement bon conducteur thermique, ladite enceinte étant apte à contenir un liquide (5), et - une source (6) d'ondes électro-magnétiques apte à rayonner cesdites ondes dans au moins une partie (8) de l'espace défini à l'intérieur (2) de ladite enceinte, lesdites ondes étant aptes à échauffer ledit liquide en étant absorbées par ce dernier, CARACTERISE PAR LE FAIT Qu'il comporte des moyens (20) pour pulvériser ledit liquide à l'intérieur de ladite enceinte, ledit liquide pulvérisé étant envoyé sur les parois (21) en matériau bon conducteur thermique en traversant ledit espace soumis au rayonnement des ondes électromagnétiques émises par ladite source (6).
2. Dispositif selon la revendication 1, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE lesdits moyens pour pulvériser ledit liquide comporte un récipient
(4) disposé dans ladite enceinte (1) et apte à contenir ledit liquide (5), un gicleur (38) disposé dans ladite enceinte, et une pompe aspirante-refoulante (30) dont l'entrée (32) et la sortie (35) sont respectivement reliées par des moyens de conduits (32, 36) audit récipient et audit gicleur.
3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE ledit liquide est de l'eau.
4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE ladite source d'ondes électro-magnétiques est constituée par un magnetron (9) apte à émettre un rayonnement à 2 450 mégahertz, la fenêtre d'émission (7) dudit magnetron étant orientée vers ledit espace (8) à travers une paroi (11) transparente audit rayonnement.
5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, CARACTERISE PAR LE FAIT QU'il comporte une unité de contrôle (60) de ladite source (6) d'ondes électro-magnétiques et/ou desdits moyens (20) de pulvérisation.
6. Dispositif selon la revendication 5, CARACTERISE PAR LE FAIT QU'il comporte une première sonde de température (61) disposée à l'intérieur de ladite enceinte, ladite première sorfde étant reliée à une première entrée de commande de ladite unité de contrôle (60).
7. Dispositif selon la revendication 5, CARACTERISE PAR LE FAIT Qu'il comporte une deuxième sonde de température (64) disposée à l'extérieur de ladite enceinte, ladite deuxième sonde étant reliée à une deuxième entrée de commande de ladite unité de contrôle (60).
8. Dispositif selon la revendication 5, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE ladite unité de contrôle comporte un programmateur interne et une horloge reliée audit programmateur.
9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, CARACTERISE PAR LE FAT QU'il comporte une soupape de sécurité (70) entre l'intérieur de ladite enceinte et l'extérieur.
10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, CARACTERISE PAR LE FAIT Qu'il comporte des ailettes de radiation (80) disposées sur au moins une partie de la face externe des parois de ladite enceinte (1).
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AT (1) ATE84183T1 (fr)
DE (1) DE3783355D1 (fr)
FR (1) FR2603095B1 (fr)
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EP0278958A1 (fr) 1988-08-24
FR2603095A1 (fr) 1988-02-26
DE3783355D1 (de) 1993-02-11
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