Dispositif de chauffage radiatif et convectif

Abstract

 L'invention a pour objet un dispositif de chauffage électrique à composante radiative et convective pour le chauffage des habitations comprenant une première paroi plane (1) qui comprend une feuille de verre ou de vitrocéramique (7), ladite première paroi plane (1) ayant une première et une deuxième face (3) et étant pourvue d'un élément chauffant par effet Joule (2) au niveau de ladite deuxième face (3), et une seconde paroi plane (4) disposée en regard et à distance de ladite deuxième face (3) de ladite première paroi (1) de manière à ménager un espace (5) dans lequel l'air chaud peut s'élever selon une direction verticale. Le dispositif est caractérisé en ce qu'est disposée sur ladite deuxième face (3) de ladite première paroi (1) une pluralité de protubérances longitudinales (6) s'étendant perpendiculairement à la direction d'élévation de l'air chaud.

Description

[0001] La présente invention concerne des dispositifs de chauffage électrique à composante radiative et convective, comprenant au moins une paroi en verre ou vitrocéramique, pour le chauffage des habitations.

[0002] Les appareils de chauffage électrique utilisent généralement le principe de l'effet Joule pour créer une source de chaleur grâce à une chute de potentiel dans une résistance, gérée par la loi d'Ohm. La chaleur ainsi produite est ensuite transférée selon les cas par rayonnement, conduction et/ou convection.

[0003] Selon un premier principe, la chaleur est transférée par convection. Le système comprend dans un réceptacle ou une enveloppe une résistance et des zones d'entrée et de sortie de l'air. L'air situé au voisinage de la résistance chauffée voit sa température augmenter, donc sa densité diminuer. Il tend à s'élever; il s'établit un courant ascendant et l'air chaud est remplacé par de l'air froid qui s'échauffe à son tour. L'appareil réalisé sur ce mode de transfert est appelé un convecteur.

[0004] Selon un deuxième principe, le transfert thermique de la chaleur issue de la résistance est obtenu par conduction dans un fluide qui échauffe à son tour une enveloppe, laquelle transfère ses calories à l'air ambiant par convection et radiation. Ce processus est utilisé dans le chauffage central traditionnel dont l'eau, la vapeur ou les huiles sont le plus souvent les fluides caloporteurs. Ces appareils sont communément appelés radiateurs, de manière impropre.

[0005] Selon un troisième principe, le transfert de l'énergie produite au niveau d'une résistance électrique est essentiellement obtenu par le rayonnement émis par celle-ci, le rayonnement lui-même se propageant à travers la pièce. L'appareil correspondant est appelé dans la technique panneau radiant.

[0006] La présente invention se rapporte aux systèmes comprenant au moins une paroi en verre ou vitrocéramique, susceptibles de chauffer les habitations à la fois par convection et par rayonnement.

[0007] La demande de brevet WO 96/27271 décrit un dispositif de chauffage électrique à composante radiative et convective pour le chauffage des habitations comprenant une première paroi plane en verre pourvue sur une face d'une couche mince conductrice et une seconde paroi plane disposée en regard et à distance de cette face de manière à ménager un espace dans lequel l'air chaud peut s'élever selon une direction verticale, par un effet appelé « effet cheminée ». Ce type de dispositif permet de chauffer à la fois par rayonnement et par convection. L'effet cheminée suppose toutefois la présence d'un espace relativement important entre les deux parois, et de tels radiateurs présentent un encombrement qui nuit à leur esthétique.

[0008] La présente invention a pour but d'améliorer ce type de dispositifs en réduisant leur encombrement pour une puissance de chauffe équivalente.

[0009] A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de chauffage électrique à composante radiative et convective pour le chauffage des habitations comprenant une première paroi plane (1) qui comprend une feuille de verre ou de vitrocéramique (7), ladite première paroi plane (1) ayant une première et une deuxième face (3) et étant pourvue d'un élément chauffant par effet Joule (2) au niveau de ladite deuxième face (3), et une seconde paroi plane (4) disposée en regard et à distance de ladite deuxième face (3) de ladite première paroi (1) de manière à ménager un espace (5) dans lequel l'air chaud peut s'élever selon une direction verticale, caractérisé en ce qu'est disposée sur ladite deuxième face (3) de ladite première paroi (1) une pluralité de protubérances longitudinales (6) s'étendant perpendiculairement à la direction d'élévation de l'air chaud.

[0010] Les inventeurs ont pu observer que la présence de protubérances permettait à puissance de chauffage égale de diminuer l'espace entre les parois, et par conséquent l'encombrement du radiateur. Sans vouloir être liés par une quelconque théorie scientifique, cet effet technique avantageux serait lié au fait que la présence de protubérances est apte à créer un écoulement turbulent à proximité de la paroi interne chaude.

[0011] Le dispositif selon l'invention présente de préférence une ou plusieurs des caractéristiques avantageuses suivantes, selon toutes les combinaisons possible :

• la feuille de verre est par exemple en verre incolore ou coloré, du type silico-sodo-calcique trempé, ou du type borosilicate non trempé. La première face de la première paroi (qui correspond à la première face de la feuille de verre ou de vitrocéramique) peut être lisse ou présenter un motif (obtenu notamment par laminage du verre). Cette face peut également être revêtue de couches fonctionnelles, en particulier de couches anti-salissures ou autonettoyantes, notamment à base d'oxyde de titane photocatalytique telles que celles du type décrit dans EP-A-0 850 204. L'épaisseur de la feuille de verre ou de vitrocéramique est de préférence comprise entre 4 et 19 mm, notamment entre 6 et 10 mm. La feuille est de préférence rectangulaire, notamment carrée, et au moins une de ses dimensions est de préférence comprise entre 500 mm et 1800 mm, notamment entre 700 mm et 1600 mm.
• l'élément chauffant par effet Joule est une couche conductrice déposée sur la deuxième face de la première paroi, ou un circuit métallique encapsulé entre au moins deux feuilles polymères. Comme exemple de couche conductrice, on peut citer des couches métalliques, par exemple en argent (dans ce cas la couche d'argent est de préférence protégée contre l'oxydation par des couches supplémentaires), ou des couches en oxyde d'étain dopé au fluor ou à l'antimoine, ou encore en oxyde de zinc dopé à l'aluminium ou au gallium. Ces couches sont typiquement déposées par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) ou par pulvérisation cathodique, notamment assistée par champ magnétique (procédé magnétron). Ces couches ou empilements de couches sont transparents, ce qui permet d'obtenir un radiateur transparent. Le circuit métallique est de préférence en aluminium ou en alliage d'aluminium. L'élément composé d'un circuit métallique (notamment en aluminium) encapsulé entre au moins deux feuilles polymères est de préférence collé au niveau de la deuxième face de la première paroi. Dans ce dernier cas, l'élément chauffant n'est pas transparent, et il peut être intéressant pour des raisons esthétiques que la première paroi soit opaque afin de cacher l'élément chauffant.
• une couche décorative substantiellement opaque, notamment une laque ou un émail, est interposée entre la feuille de verre ou de vitrocéramique et l'élément chauffant. On entend par laque une couche comprenant au moins une résine polymère et au moins un pigment, et généralement des charges minérales. La laque peut être blanche ou colorée (par exemple ivoire, noire, rouge, verte, bleue...) et son épaisseur est généralement comprise entre 20 et 100 micromètres. La couche de laque peut être déposée au rideau, au rouleau, par pulvérisation, notamment pneumatique, ou par sérigraphie (ce dernier procédé permettant de former un décor ou des réserves) avant cuisson. On entend par émail une couche comprenant un liant minéral vitreux et au moins un pigment. La couche décorative peut ne recouvrir qu'une partie de la feuille de verre ou de vitrocéramique.
• une couche réfléchissante, notamment une couche en argent du type couche pour miroir, est interposée entre la feuille de verre ou de vitrocéramique et l'élément chauffant. Dans ce cas, une couche de laque protectrice est de préférence interposée entre la couche réfléchissante et l'élément chauffant.
• la deuxième paroi forme un capot, notamment métallique, dont les bords viennent rejoindre la première paroi, les bords inférieur et supérieur étant pourvus d'orifices afin de permettre respectivement l'entrée d'air froid et la sortie d'air chaud. Le capot est de préférence solidarisé à la première paroi par collage. Le capot présente de préférence une forme biseautée de manière à ce qu'il ne soit pas visible lorsque le radiateur est vu de face. Le capot joue donc un double rôle : il permet de protéger le circuit électrique et accentue la composante convective du chauffage grâce à l'espace ménagé entre la première paroi et lui-même. Alternativement, la deuxième paroi peut être en verre ou en vitrocéramique, ce qui permet d'obtenir un radiateur totalement transparent si la première paroi est elle-même transparente.
• les protubérances s'étendent sur toute la largeur de la deuxième face de la première paroi, afin de profiter au mieux de l'effet technique lié à l'invention.
• les protubérances sont pleines,
• les protubérances sont fixées, par exemple collées, sur ou sous l'élément chauffant. Elles peuvent être en tout matériau résistant à la chaleur, par exemple en matière plastique telle que le polypropylène, de préférence chargée avec des fibres de verre. Alternativement, les protubérances peuvent faire partie de la deuxième face de la première paroi. Par exemple, la première paroi peut être un verre imprimé, obtenu par laminage, présentant les protubérances à sa surface.
• les protubérances sont disposées régulièrement. L'écart entre les protubérances est de préférence compris entre 50 et 150 mm, typiquement de l'ordre de 100 mm, afin d'optimiser leurs effets avantageux en termes de création de turbulences.
• l'épaisseur maximale des protubérances est comprise entre 1 et 10 mm, notamment entre 2 et 8 mm, typiquement de l'ordre de 5 mm. On entend par « épaisseur des protubérances » la distance, dans un plan orthogonal à la première paroi, entre la deuxième face de la première paroi et le point de la protubérance le plus éloigné de ladite deuxième face.
• les protubérances sont des profilés extrudés présentant en coupe transversale une forme en demi-sphère, de préférence pleine. Dans ce cas, l'épaisseur des protubérances est égale au rayon de la sphère. D'autres formes en coupe transversale, comme des formes carrées ou triangulaires sont également possibles, mais moins efficaces en termes de turbulence créées.
• l'espace entre les première et deuxième parois est compris entre 5 et 40 mm, et/ou est supérieur au double de l'épaisseur maximale des protubérances. Des protubérances de forte épaisseur, occupant la majeure partie de l'espace entre les première et deuxième parois sont moins efficaces en termes de turbulences créées. Les turbulences sont essentiellement créées à proximité de l'extrémité des protubérances la plus éloignée de la paroi chaude. De ce fait, de trop grandes protubérances sont peu efficaces car l'air proche des extrémités est relativement froid. En outre, il a été observé qu'une faible distance entre l'extrémité des protubérances et la deuxième paroi diminuait l'intensité des turbulences. Il existe ainsi un optimum en termes de taille de protubérances.

[0012] Le dispositif selon l'invention est de préférence fixé à une cloison ou un mur. Il peut être utilisé dans tous types de pièces, chambres, séjour, salles de bain... Dans ce dernier cas en particulier, le dispositif selon l'invention peut être muni au regard de la première face de la première paroi d'au moins une barre horizontale, destinée par exemple à suspendre des serviettes. La ou chaque barre horizontale peut par exemple être fixée à l'aide de mâchoires solidarisées au capot, ou être directement fixée sur la cloison ou le mur. Le dispositif selon l'invention peut alors servir de radiateur sèche-serviette.

[0013] Le dispositif comprend de préférence des moyens de régulation de la puissance électrique en fonction par exemple de la température de la pièce à chauffer et/ou de la première paroi. Il peut s'agir typiquement de moyens de régulation thermostatique. Avantageusement, lorsque l'élément chauffant comprend un métal (notamment l'aluminium ou un alliage d'aluminium), le dispositif selon l'invention comprend un système de régulation de la puissance utilisant une mesure de la résistance électrique dudit métal. La résistivité des métaux, et en particulier de l'aluminium, varie en effet linéairement en fonction de la température. Dès lors, une mesure de la résistance du métal permet de calculer la température de la première paroi. Il est ainsi possible de couper l'alimentation électrique au cas où la température de surface dépasse une valeur préalablement définie, soit par l'utilisateur, soit au regard des normes en vigueur. Ce type de régulation est particulièrement avantageux lorsque le radiateur est du type radiateur sèche-serviette. La présence d'une serviette disposée devant la première face de la première paroi gêne en effet la dissipation de chaleur par rayonnement, et peut conduire à une surchauffe de la première paroi. Une régulation basée sur la température de la paroi permet de détecter la présence de la serviette et d'éviter cette surchauffe. L'élément chauffant peut également être conçu de manière à ce qu'il ne puisse pas dépasser une température prédéterminé la régulation est alors « naturelle » au sens où une surchauffe entraîne automatiquement une baisse de la puissance électrique fournie. La régulation par la température de surface est avantageusement employée en complément d'une régulation thermostatique utilisant une mesure de la température d'ambiance.

[0014] L'élément chauffant peut être en une seule partie couvrant substantiellement la totalité de la surface de la première paroi. Alternativement, l'élément chauffant est avantageusement composé de plusieurs parties indépendantes, par exemple deux ou trois, ce qui permet d'obtenir des températures différentes selon les zones de la première paroi. Par « parties indépendantes », on entend des zones distinctes susceptibles d'être alimentées électriquement indépendamment les unes des autres. Cette caractéristique est particulièrement avantageuse dans le cas d'un radiateur sèche-serviette. Comme indiqué précédemment, la présence d'une serviette peut conduire à une surchauffe locale de la première paroi, ce qui conduit à une saturation de la puissance électrique pour ne pas dépasser les températures maximales de surface autorisées. Cette saturation de puissance se fait au détriment du chauffage de la pièce, puisque les parties de l'élément chauffant qui ne sont pas en regard de la serviette voient leur température diminuer. La présence de plusieurs zones distinctes permet de résoudre ce problème : la puissance distribuée dans la partie de l'élément chauffant qui se situe en regard de la serviette peut être diminuée, tandis que la puissance distribuée dans la partie de l'élément chauffant qui ne se situe pas en regard de la serviette peut rester identique ou être augmentée. Il est ainsi possible d'éviter les surchauffes locales dues à la présence de serviettes, tout en ne pénalisant pas le chauffage de la pièce. De préférence, le dispositif selon l'invention comprend donc un élément chauffant composé d'autant de parties indépendantes qu'il y a de zones susceptibles de se trouver en regard de serviettes. Dans son acception la plus simple, ce mode de réalisation préféré est caractérisé par la présence de deux zones, une zone supérieure placée au niveau des barres horizontales, et par conséquent susceptible de se trouver en regard de serviettes, et une zone inférieure.

[0015] Le dispositif selon l'invention comprend également de préférence des moyens de commande ou de visualisation de la température et/ou de la puissance électrique. Les moyens de commande ou de visualisation décrits ci-après sont de manière générale applicables à tout type de radiateur, y compris mais pas seulement les radiateurs selon l'invention. Ils sont particulièrement intéressants, de manière générale et non limitée aux radiateurs selon la présente invention, dans le cas de radiateurs dont la première paroi est en verre ou en vitrocéramique, notamment lorsque qu'une couche décorative substantiellement opaque, notamment une laque ou un émail, est interposée entre la feuille de verre ou de vitrocéramique et l'élément chauffant.

[0016] Les moyens de commande comprennent de préférence des touches sensitives disposées sur la première paroi. En particulier lorsque cette dernière est en verre ou en vitrocéramique, il est possible d'utiliser une technique de détection capacitive, dans laquelle la paroi est utilisée comme diélectrique d'un condensateur. Le contact d'un doigt (ce dernier servant d'armature du condensateur) permet de modifier la capacité du condensateur, cette modification étant détectée. Le circuit de commande est situé du côté de la deuxième face de la première paroi, de préférence au niveau d'une zone dépourvue d'élément chauffant.

[0017] Les moyens de visualisation comportent de préférence des dispositifs émetteurs de lumière susceptibles d'être allumés ou éteints et sont de préférence placés du côté de la deuxième face de la première paroi de manière à ne pas être visibles lorsqu'ils sont éteints (ce qui est notamment le cas lorsque la paroi est opaque, par exemple si la paroi comprend une feuille de verre laqué ou émaillé). Ces moyens comprennent avantageusement des dispositifs émetteurs de lumière tels que des diodes électroluminescentes (LED ou OLED). L'intensité de la lumière émise et/ou l'opacité de la paroi sont de préférence choisies de manière à ce que les informations à visualiser par l'utilisateur soient correctement visibles. Dans le cas d'une première paroi comprenant une feuille de verre laqué ou émaillé, il peut être avantageux que dans la zone en regard des dispositifs émetteurs de lumière, la laque ou l'émail présente une opacité réduite relativement à l'opacité moyenne des autres zones. En particulier l'épaisseur de laque ou d'émail peut être réduite dans la zone en regard des dispositifs émetteurs de lumière. Un dépôt par sérigraphie permet d'obtenir une telle zone d'opacité différenciée, de même qu'un dépôt au rouleau, lequel permet d'adapter l'épaisseur en diminuant le nombre de passages.

[0018] La figure 1 illustre schématiquement un dispositif selon l'invention, vu en coupe verticale.

[0019] Les figures 2 à 9 représentent différents modes de réalisation du dispositif selon l'invention, dans sa variante « sèche-serviette ». Tandis que les figures 1, 2a, 3a, 4, 5, 6a, 7a, 8a et 9 représentent l'intégralité du sèche-serviette tel qu'il est vu par l'utilisateur, c'est-à-dire face au mur sur lequel le radiateur est fixé, les figures 2b, 3b, 6b, 7b et 8b représentent des vues de détail du radiateur sèche-serviette correspondant et montrent en particulier l'agencement des différentes parties du dispositif selon l'invention, notamment première et deuxième paroi, ainsi que la fixation des barres horizontales servant à suspendre les serviettes.

[0020] Le dispositif de la figure 1 comprend une première paroi 1 constituée d'une feuille de verre silico-sodo-calcique trempé 7 de 10 mm d'épaisseur sur laquelle a été déposée par sérigraphie une laque blanche 8 comprenant une résine organique et des pigments. D'autres couleurs de laque sont bien évidemment utilisables : noir, bleu, vert, rouge etc. Sur cette feuille de verre laquée est collé un élément chauffant par effet Joule 2 constitué d'un circuit en aluminium encapsulé entre plusieurs films polymères commercialisé par la société ILO Technology. Sur cet élément sont à leur tour collées, régulièrement tous les 100 mm, des protubérances 6 se présentant sous la forme de baguettes en demi-cercle s'étendant horizontalement sur toute la largeur de la première paroi 1. Leur épaisseur maximale (qui correspond au rayon du cercle) est d'environ 5 mm. L'ensemble formé par la première paroi 1 et les protubérances 6 est ensuite protégé par un capot métallique formant, en regard de la deuxième face 3 de la première paroi 1, une deuxième paroi 4. Aux bords du dispositif, le capot métallique présente des bords biseautés qui viennent rejoindre les bords de la première paroi 1. Un collage permet de solidariser les deux parois. Le capot est ainsi invisible lorsque le radiateur est regardé de face. Un espace 5 d'une épaisseur typique de 30 mm est ménagé par l'écartement entre les deux parois 1 et 4. Les bords inférieur 9b et supérieur 9a du capot sont pourvus d'une pluralité d'orifices, lesquels permettent le passage de l'air, en particulier l'entrée d'air froid au niveau du bord inférieur 9b et la sortie d'air chaud au niveau du bord supérieur 9a. L'air froid est réchauffé au contact de la paroi chaude, et s'élève, selon un mouvement ascendant vertical schématisé par des flèches sur la figure 1.

[0021] Le dispositif comprend également un système de régulation thermostatique, et un système de visualisation de la température, non représentés.

[0022] Le présent dispositif de chauffage et ses avantages seront mieux compris à la lecture de l'exemple de réalisation qui suit, non limitatif de la présente invention et donné à titre purement illustratif.

[0023] Plusieurs dispositifs selon l'invention sont réalisés comme précédemment exposé en relation avec la description de la figure 1. Des dispositifs selon l'art antérieur sont également réalisés, qui ne se différencient des dispositifs selon l'invention que par l'absence de protubérances.

[0024] Les radiateurs sont mis en fonctionnement de manière à ce que la température en première face de la première paroi en verre soit de 70°C. La puissance rayonnée est alors d'environ 300 W/m², aussi bien pour les radiateurs selon l'invention que pour les radiateurs selon l'art antérieur.

[0025] La puissance émise par convection varie grandement en fonction de l'espace ménagé entre les deux parois. Ainsi, en l'absence de protubérances, la puissance totale passe d'environ 700 W/m² lorsque l'espace a une épaisseur de 10 mm à environ 800 W/m² si l'épaisseur est doublée. Cette augmentation de la puissance se fait toutefois au détriment de l'esthétique et de l'encombrement du radiateur. La présence, selon l'invention, des protubérances, permet à puissance totale égale de diminuer d'environ 10 mm l'épaisseur du radiateur. Ainsi, une puissance totale d'environ 900 W/m² nécessite une épaisseur de 30 mm en l'absence de protubérances, et une épaisseur de 20 mm seulement grâce à la présence de protubérances.

[0026] L'invention permet donc d'obtenir à puissance équivalente des radiateurs d'encombrement réduit.

Revendications

1. Dispositif de chauffage électrique à composante radiative et convective pour le chauffage des habitations comprenant une première paroi plane (1) qui comprend une feuille de verre ou de vitrocéramique (7), ladite première paroi plane (1) ayant une première et une deuxième face (3) et étant pourvue d'un élément chauffant par effet Joule (2) au niveau de ladite deuxième face (3), et une seconde paroi plane (4) disposée en regard et à distance de ladite deuxième face (3) de ladite première paroi (1) de manière à ménager un espace (5) dans lequel l'air chaud peut s'élever selon une direction verticale, caractérisé en ce qu'est disposée sur ladite deuxième face (3) de ladite première paroi (1) une pluralité de protubérances longitudinales (6) s'étendant perpendiculairement à la direction d'élévation de l'air chaud.

2. Dispositif selon la revendication précédente, tel qu'une couche décorative (8) substantiellement opaque, notamment une laque ou un émail, est interposée entre la feuille de verre ou de vitrocéramique (7) et l'élément chauffant (2).

3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, tel que l'élément chauffant par effet Joule (2) est une couche conductrice déposée sur la première paroi, ou un circuit métallique encapsulé entre au moins deux feuilles polymères.

4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, tel que la deuxième paroi (4) forme un capot, notamment métallique, dont les bords (9a, 9b) viennent rejoindre la première paroi (1), les bords inférieur (9b) et supérieur (9a) étant pourvus d'orifices afin de permettre respectivement l'entrée d'air froid et la sortie d'air chaud.

5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, tel que les protubérances (6) s'étendent sur toute la largeur de la deuxième face (3) de la première paroi (1).

6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, tel que les protubérances (6) sont collées sur l'élément chauffant (2).

7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, tel que les protubérances (6) sont disposées régulièrement.

8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, tel que les protubérances (6) sont des profilés extrudés présentant en coupe transversale une forme en demi-sphère, de préférence pleine.

9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, tel que l'épaisseur maximale des protubérances (6) est comprise entre 1 et 10 mm.

10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, tel que l'espace entre les première (1) et deuxième parois (4) est compris entre 5 et 40 mm

11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, tel que l'espace entre les première (1) et deuxième parois (4) est supérieur au double de l'épaisseur maximale des protubérances (6).

12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, tel que l'élément chauffant est composé de plusieurs parties indépendantes.

13. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, qui comprend des moyens de commande comportant des touches sensitives disposées sur la première paroi.

14. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, qui comprend des moyens de visualisation de la température et/ou de la puissance électrique, lesdits moyens comportant des dispositifs émetteurs de lumière susceptibles d'être allumés ou éteints et étant placés du côté de la deuxième face de la première paroi de manière à ne pas être visibles lorsqu'ils sont éteints.

15. Dispositif selon la revendication précédente et selon la revendication 2, tel que dans la zone en regard des dispositifs émetteurs de lumière, la laque ou l'émail présente une opacité réduite relativement à l'opacité moyenne des autres zones.

Dessins