Dispositif de chauffage d'un fluide pour un usage domestique, industriel ou de chauffage de locaux, utilisant les micro-ondes en tant que source d'énergie

Abstract

 L'invention concerne un dispositif de chauffage d'un fluide du type comprenant une enceinte de chauffage (1) et des moyens de génération de micro-ondes (2) tels qu'un magnétron, ladite enceinte (1) étant traversée par au moins un conduit (3) dans lequel s'écoule un fluide à chauffer.
L'invention consiste en ce que ledit au moins un conduit (3) est noyé au sein d'un barreau cylindrique (4) de matériau sensible aux micro-ondes, ledit barreau cylindrique (4) s'échauffant sous l'effet des micro-ondes et chauffant le fluide traversant le conduit (3) par échange thermique.

Description

[0001] La présente invention concerne un dispositif pour chauffer un fluide pour un usage domestique, industriel ou de chauffage de locaux, utilisant les micro-ondes en tant que source d'énergie.

[0002] Les micro-ondes sont bien connues pour être utilisées en tant que source d'énergie pour chauffer des milieux fluides tels que l'eau.

[0003] Ainsi on a proposé dans US 2005/0139594 un dispositif de chauffage comportant une enceinte dans laquelle est logé un conduit spiralé dans lequel circule de l'eau ainsi que des moyens de génération de micro-ondes, les micro-ondes générées permettant de chauffer l'eau circulant dans le conduit. En particulier, on dispose à l'intérieur du flux de fluide à chauffer des antennes ou organes d'absorption de rayonnement tels que des tiges de métal ce qui permet d'augmenter l'efficacité du chauffage du fluide en concentrant l'énergie des radiofréquences à l'intérieur du fluide par réception et/ou transmission de l'énergie de radiofréquence. Toutefois, un tel dispositif présente certains inconvénients notamment du fait de la mise en place des antennes au niveau d'un conduit d'eau et la complexité de mise en oeuvre résultant.

[0004] Par WO 93/00781, on connaît un matériau diélectrique susceptible d'être chauffé par des micro-ondes, le fluide étant chauffé par conduction thermique depuis ce matériau. Ainsi, on propose de réaliser un dispositif pour produire de l'eau chaude avec des micro-ondes et relié à un système de chauffage ou de distribution d'eau chaude. Un tel dispositif comporte une unité de génération de micro-ondes qui émet vers un tube en spirale formé ou revêtu extérieurement d'une couche de matériau absorbant les micro-ondes. Ce tube spiralé est logé à l'intérieur d'un conteneur reflétant les micro-ondes sous forme d'une enceinte parallélépipédique. Le matériau constituant le tube est choisi parmi les carbures de silicium, de bore, de titane, ou de tungstène ou les borures de silicium, de titane, d'aluminium, purs ou combinés avec des nitrures des mêmes éléments. On peut aussi envisager d'utiliser des céramiques ferroélectriques contenant des titanates de baryum ou de plomb ou d'autres éléments métalliques. Ainsi, l'eau s'écoulant au travers du tube spiralé est chauffée par échange thermique avec le matériau absorbant les micro-ondes.

[0005] Toutefois, un tel dispositif de chauffage présente de nombreux inconvénients dans la mesure où une partie importante de la chaleur générée est dissipée, et la déperdition thermique étant très importante, on ne transmet pas suffisamment de chaleur au fluide. De plus la mise en forme du matériau sous forme de tube spiralé reste complexe à fabriquer et coûteuse même si l'épaisseur de matériau reste faible. Mais en outre cette mise en forme nécessite la présente d'un matériau de renfort mécanique transparent aux micro-ondes pour en améliorer la tenue mécanique.

[0006] On a également proposé dans GB 2 427 112 de réaliser un dispositif de chauffage de fluide comprenant une pluralité d'éléments chauffants constitués d'un matériau sensible aux micro-ondes et de moyens de génération de micro-ondes pour émettre des micro-ondes vers lesdits éléments chauffants. Ainsi, on propose un ensemble de blocs de matériaux échangeant leur chaleur avec un fluide environnant. Toutefois, un tel dispositif ne présente pas un rendement suffisant, les blocs de matériaux sensibles aux micro-ondes se refroidissant rapidement et l'ensemble présentant un encombrement trop important, limitant les applications possibles pour ce type de dispositif de chauffage.

[0007] La présente invention a donc pour but de proposer un dispositif de chauffage d'un fluide pour un usage domestique, industriel ou de chauffage de locaux, utilisant les micro-ondes en tant que source d'énergie et qui présente un rendement énergétique amélioré tout en offrant une fabrication simple et économique à mettre en oeuvre.

[0008] Ainsi, la présente invention a pour objet un dispositif de chauffage d'un fluide du type comprenant une enceinte de chauffage et des moyens de génération de micro-ondes tels qu'un magnétron, ladite enceinte étant traversée par au moins un conduit dans lequel s'écoule un fluide à chauffer, caractérisé en ce que ledit au moins un conduit est noyé au sein d'un barreau cylindrique de matériau sensible aux micro-ondes, ledit barreau cylindrique s'échauffant sous l'effet des micro-ondes et chauffant le fluide traversant le conduit par échange thermique.

[0009] Ainsi de manière avantageuse, la forme en barreau cylindrique, de préférence de section circulaire, dudit matériau favorise la propagation des micro-ondes jusqu'au coeur du matériau et donc un échauffement à coeur dudit barreau qui permet un échange thermique optimal du matériau vers le fluide s'écoulant au travers du tube qui est noyé au coeur dudit barreau. De manière avantageuse, la forme en barreau cylindrique de section circulaire permet une délivrance uniforme de la chaleur sur le conduit noyé dedans.

[0010] De préférence le matériau diélectrique constituant le barreau est choisi parmi les grès, les mortiers et les bétons, dont les compositions proches à base de silice offrent une sensibilité aux micro-ondes, très avantageuse en termes d'échauffement résultant. En outre ces matériaux sont facilement façonnables sous forme de barreau incorporant un tube spiralé. Tout autre matériau diélectrique présentant des qualités similaires aux grès et permettant notamment une mise en forme sous forme de barreau peut être également utilisé.

[0011] L'enceinte de chauffage est de préférence métallique et comporte en outre une isolation thermique limitant le rayonnement thermique du barreau vers l'extérieur.

[0012] De manière très avantageuse, cette enceinte de chauffage présente également une forme cylindrique de section circulaire, un espace de vide étant ménagé entre ladite enceinte et ledit au moins un barreau. Cette enceinte permet de réfléchir les micro-ondes sensiblement vers le centre de l'enceinte où se situe ledit au moins un barreau ce qui favorise l'échauffement optimal de celui-ci et donc le chauffage du fluide circulant dans le barreau par échange thermique.

[0013] On peut bien entendu envisager que l'enceinte de chauffage soit de forme cylindrique à section carrée, rectangulaire, etc. On peut aussi prévoir un ou plusieurs barreaux munis de conduit dans ladite enceinte.

[0014] Selon une forme de réalisation préférée, le dispositif selon l'invention comporte un seul conduit dans lequel s'écoule un fluide à chauffer et noyé dans un barreau cylindrique s'étendant dans une enceinte de chauffage, ladite enceinte étant constituée par un tube métallique s'étendant autour du barreau cylindrique et coaxialement à ce dernier, un espace de vide étant ménagé entre ledit tube et le barreau, l'ensemble étant contenu dans un boîtier de protection renfermant en outre les moyens de génération de micro-ondes. Un tel dispositif selon l'invention peut alors présenter des dimensions telles qu'il peut être logé au niveau d'une conduite d'admission vers un point d'utilisation du fluide tel qu'une baignoire, un bac, une cuve, dans lequel le fluide est utilisé chaud, se comportant comme un chauffe-eau électrique instantané.

[0015] Les moyens de génération de micro-ondes sont de préférence constitués d'au moins un magnétron dont la puissance est avantageusement choisie en fonction de l'utilisation envisagée du dispositif selon l'invention.

[0016] De préférence, le conduit se présente sous la forme d'un tube spiralé, ce qui permet avantageusement d'augmenter la quantité d'eau circulant au sein du barreau.

[0017] De préférence, l'enceinte de chauffage selon l'invention est contenue dans un carter de protection comportant en outre un compartiment dans lequel sont logés les moyens de génération de micro-ondes à l'extérieur de l'enceinte de chauffage.

[0018] Dans ce compartiment peuvent également être prévus de moyens de refroidissement du magnétron tels qu'un ventilateur.

[0019] De manière avantageuse, un dispositif selon l'invention peut être utilisé dans un système de chauffage central domestique ou industriel, l'enceinte pouvant renfermer un ou plusieurs barreaux cylindriques renfermant chacun un conduit de fluide caloporteur noyé dedans et dont les extrémités dudit au moins un conduit sont connectées d'une part à un circuit d'entrée de fluide à chauffer tel que de l'eau froide et d'autre part à une entrée d'un circuit de distribution de fluide chauffé tel que de l'eau chaude, une pompe permettant la circulation du fluide caloporteur dans le circuit du système de chauffage de manière classique en soi. On peut prévoir également une série de dispositifs de chauffage, par exemple les uns derrières les autres, dans un tel système.

[0020] On peut également utiliser un dispositif selon l'invention comme chauffage d'un fluide destiné à alimenter un point particulier domestique ou industriel comme un bain, une cuve, un outil, etc.

[0021] Ainsi de manière avantageuse, le dispositif de chauffage permet avantageusement une utilisation domestique ou industrielle offrant un chauffage optimal c'est-à-dire qu'il permet une montée en température du fluide en deux ou trois minutes, permettant par exemple de chauffer un bain avec une énergie de 2-3 kW.

[0022] On décrira maintenant l'invention plus en détails en référence au dessin dans lequel

la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale d'un dispositif de chauffage selon l'invention ; et

la figure 2 une vue en coupe transversale du dispositif de la figure 1.

[0023] Comme on peut le voir sur la figure 1, le dispositif de chauffage selon l'invention comporte une enceinte de chauffage métallique 1 dans laquelle rayonnent des moyens de génération de micro-ondes 2 et où est logé un tube de préférence spiralé 3 relié en entrée à un système d'alimentation en fluide caloporteur froid tel que de l'eau et en sortie à un système de chauffage domestique ou industriel ou de distribution de fluide chaud, ledit fluide caloporteur traversant le tube spiralé 3.

[0024] Ce tube 3 est de préférence un tube en un métal ou un alliage métallique, tel que le cuivre, le fer et ses alliages, un acier, un acier inoxydable, de l'aluminium et ses alliages, ou tout autre métal ou alliage approprié.

[0025] Ce tube 3 est en outre noyé dans un barreau cylindrique 4 de matériau diélectrique très sensible aux micro-ondes. Un tel matériau est notamment constitué de grès (c'est-à-dire pouvant être à base de silice, de carbonate de calcium, d'oxyde de fer par exemple). On peut également utilisé du mortier à savoir du ciment portland et du sable, ledit ciment étant constitué essentiellement de silicates de calcium hydrauliques auxquels on ajoute diverses formes de sulfate de calcium, du calcaire et de l'eau ainsi que divers produits d'addition classiques. Les matières entrant dans la fabrication du ciment Portland doivent contenir des proportions appropriés de chaux, silice, alumine et fer. On peut également utiliser du béton de composition similaire.

[0026] Le barreau de grès 4 dans lequel est noyé le tube spiralé 3 est de préférence réalisé sous forme d'un barreau cylindrique de section circulaire, le tube 3 se trouvant sensiblement au centre dudit barreau 4.

[0027] De manière avantageuse, la forme en barreau du matériau diélectrique permet une propagation des micro-ondes jusqu'au coeur dudit matériau et donc un échauffement à coeur. L'échange de chaleur s'effectue alors de manière optimale entre le fluide circulant dans le tuyau spiralé 3 et le barreau 4, le barreau délivrant de manière uniforme la chaleur.

[0028] L'ensemble constitué du barreau 4 dans lequel est noyé le tube 3 est logé au sein de l'enceinte de chauffage 1. Cette enceinte 1 est de préférence constituée d'un tube métallique 1 réfléchissant les micro-ondes, positionné coaxialement au barreau 4, ledit barreau s'étendant centralement dans l'enceinte 1. Un espace de vide 5 est ménagé entre le barreau 4 et le tube métallique définissant l'enceinte 1. Le tube métallique 1 est de préférence calorifugé pour minimiser les déperditions thermiques. Cette enceinte 1 peut notamment être en acier calorifugé. Ainsi, on peut recouvrir le tube 1 de matériaux d'isolation tels que la laine de roche, une mousse polyuréthanne, par exemple sur une épaisseur de 2 à 4 cm..

[0029] De préférence on utilise en tant que moyens de génération de micro-ondes un magnétron 2 d'une fréquence de 2,5 gigaHerz, d'une puissance de 600W, ou encore de 750W la puissance étant choisie de manière appropriée par l'homme du métier de manière classique en soi. Ce magnétron 2 est de préférence logé à l'extérieur de l'enceinte 1 dans un compartiment d'un carter de protection 6 formant un blindage et enfermant ledit dispositif de chauffage.

[0030] L'invention n'est bien entendu nullement limité l'exemple de réalisation décrit mais englobe toutes les variantes entrant dans le champ de protection de ladite invention.

Revendications

1. Dispositif de chauffage d'un fluide du type comprenant une enceinte de chauffage (1) et des moyens de génération de micro-ondes (2) tels qu'un magnétron, ladite enceinte (1) étant traversée par au moins un conduit (3) dans lequel s'écoule un fluide à chauffer, caractérisé en ce que ledit au moins un conduit (3) est noyé au sein d'un barreau cylindrique (4) de matériau sensible aux micro-ondes, ledit barreau cylindrique (4) s'échauffant sous l'effet des micro-ondes et chauffant le fluide traversant le conduit (3) par échange thermique.

2. Dispositif selon la revendication 1,
caractérisé en ce que le barreau cylindrique (4) est de section circulaire.

3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2,
caractérisé en ce que le conduit (3) se présente sous la forme d'un tube spiralé.

4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce que l'enceinte de chauffage (1) est métallique.

5. Dispositif selon la revendication 4,
caractérisé en ce que l'enceinte (1) comporte en outre une isolation thermique limitant le rayonnement thermique du barreau (4) vers l'extérieur.

6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5,
caractérisé en ce que cette enceinte de chauffage (1) présente également une forme cylindrique de section circulaire, un espace de vide (5) étant ménagé entre ladite enceinte (1) et le au moins un barreau (4).

7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6,
caractérisé en ce que l'enceinte de chauffage (1) est contenue dans un carter de protection (6) comportant en outre un compartiment dans lequel sont logés les moyens de génération de micro-ondes (2) à l'extérieur de l'enceinte de chauffage (1).

8. Dispositif selon la revendication 7,
caractérisé en ce que, dans ce compartiment, sont prévus de moyens de refroidissement du magnétron (2) tels qu'un ventilateur.

9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8,
caractérisé en ce qu'il comporte un seul conduit (3) dans lequel s'écoule un fluide à chauffer et noyé dans un seul barreau cylindrique (4) s'étendant dans une enceinte de chauffage (4), ladite enceinte (1) étant constituée par un tube métallique s'étendant autour du barreau cylindrique (4) et coaxialement à ce dernier, un espace de vide (5) étant ménagé entre ledit tube (1) et le barreau (4), l'ensemble étant contenu dans un boîtier de protection (6) renfermant en outre les moyens de génération de micro-ondes (2).

10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9,
caractérisé en ce qu'il est intégré à un système de chauffage domestique ou industriel, l'enceinte (1) renfermant plusieurs barreaux cylindriques (4) renfermant chacun un conduit de fluide caloporteur noyé dedans, dont les extrémités sont connectées d'une part à un circuit d'entrée de fluide froid et d'autre part à une entrée d'un circuit de distribution dudit fluide chaud dudit système de chauffage, une pompe permettant la circulation du fluide caloporteur dans le circuit.

11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10,
caractérisé en ce que le matériau diélectrique constituant le barreau (4) est choisi parmi les grès, les mortiers et les bétons.

12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11,
caractérisé en ce qu'il est logé au niveau d'une conduite d'admission vers un point d'utilisation du fluide tel qu'une baignoire, un bac, une cuve, dans lequel le fluide est utilisé chaud, se comportant comme un chauffe-eau électrique instantané.

13. Système de chauffage central domestique ou industriel,
caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de chauffage selon l'une des revendications 1 à 11, dont les extrémités dudit au moins un conduit sont connectées d'une part à un circuit d'entrée de fluide à chauffer et d'autre part à une entrée d'un circuit de distribution de fluide chauffé, une pompe permettant la circulation du fluide caloporteur dans le circuit du système de chauffage.

Dessins