Brevet FR2009085A1 — publié le 19700130

i 2009085 La présente invention est relative aux appareils de chauffage à infrarouges. Les appareils de la technique antérieure utilisant des éléments chauffants électriques sont désavantagés en raison de leur inefficacité relative, exprimée par rapport à la quantité d'énergie nécessaire pour produire une quantité adéquate d'énergie de /rayonnement.D'une façon générale, de tels appareils de chauffage utilisent des dispositifs réflecteurs comportant des surfaces ayant un poli élevé, qui dirigent 1'énergie^iayonnemenfcprovenant de la partie arrière de l'élément rayonnant en direction de la surface qui doit être chauffée, en avant de l'élément rayonnant. Ces dispositifs réflecteurs se ternissent souvent ou se recouvrent de poussières ou d'autres corps étrangers, ce qui affecte de façon nuisible la quantité totale d'énergie rayonnée à la sortie de l'appareil, dans une proportion s'élevant parfois jusqu'à 50% ou plus. Le réflecteur poli a tendance à s'oxyder graduellement et à perdre son poli élevé en raison du fait que l'air qui est chauffé par les éléments chauffants électriques élève souvent la température du réflecteur jusqu'à des valeurs de l'ordre de 200 à 260°C, ou plus. L'un des types les plus répandus d'élément chauffant électrique comprend une gaîne métallique dans laquelle est disposé un fil métallique électriquement résistant enroulé de façon hélicoïdale qui est emprisonné dans une masse compacte de magnésie ou autre matière thermiquement isolante. Dans un autre type d'élément chauffant, on utilise un fil métallique nu enroulé sur un support en céramique. L'élément chauffant du type comportant un fil métallique nu présente également une sortie d'énergie rayonnée inférieure par watt d'énergie d'entrée, à celle des éléments tubulaires, en raison du fait qu'il présente une surface notablement plus faible. En ce qui concerne les éléments du type tubulaire, sans tenir compte de la pression qui est utilisée pour comprimer la magnésie, il existe toujours une différence de température notable entre l'élément chauffant noyé dans la magnésie et la gaîne externe métallique. Normalement, dans la plupart des éléments tubulaires, la différence de température entre le fil métallique de l'élément chauffant et sa gaîne externe est de l'ordre de 200 à 315°C. Une simple augmentation de la surface rayonnante externe de la gaîne " "Y 69 16472 2 2009085 tubulaire pour obtenir une énergie de sortie supplémentaire est limitée pour des raisons évidentes. A toute tentative d'augmentation du diamètre de la gaîne externe correspond la nécessité de fournir une quantité d'énergie considérablement plus importante à l'élément chauffé, ce qui entraîne nécessairement que la température du fil métallique devient si élevée que des détériorations internes de l'élément sont probables. De plus, la puissance électrique supplémentaire, exprimée en watts, nécessaire dans ces conditions, ne procure pas un rendement accru et se traduit par une durée de vie plus courte de l'élément. Une grande partie de la perte de chaleur, et la différence de température qui en résulte, proviennent du fait que l'air ambiant qui frappe la.surfaqe chauffante à température élevée importante emporte une quantité/de chaleur et diminue le rendement total de 1'appareil. Dans un appareil de chauffage suivant l'invention, des éléments chauffants par rayonnement alimentés électriquement sont disposés dans les angles compris entre plusieurs surfaces formant entre elles des crêtes. La position des éléments chauffants au voisinage immédiat des parois des crêtes procure un chauffage efficace des crêtes par l'air chaud provenant des éléments chauffants et par l'énergie de rayonnement fournie par les éléments chauffants. La surface efficace de rayonnement est ainsi augmentée, procurant une transmission de la chaleur plus efficace par rayonnement infra-rouge. En outre, la présence d'une grille en fil métallique sert à confiner l'air chauffé plus étroitement au voisinage des surfaces de rayonnement dans le fond des parties en creux entre les* crêtes. Les éléments chauffants, les surfaces inclinées des organes formant des crêtes, et la grille, agissent entre elles d'une façon complexe par suite de la réflexion multiple de l'énergie infra-rouge entre les crêtes et les éléments chauffants. Cette inter-action mutuelle est de plus facilitée par l'air chaud qui est retenu autour des éléments chauffants. On a constaté que la circulation de 11 air dans ces conditions engendre un effet de turbulence dans les parties en.creux comprises entre lès éléments formant les crêtes, et cette action est à peu près indépendante de la position des éléments.de tçlle aorte que les éléments chauffants peuvent être disposés soit verticalemeiit soiL horizontalement dans l'appareil suivant 1 'invention en periûet.tant d'obtenir des résultats améliorés. A BAD ORIGINAL ' 69 16472 3 2009085 D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre faite en se référant au dessin annexé donné uniquement à titre d'exemple et dans lequel : la Fig. 1 est une vue en coupe d'un appareil de chauffage suivant l'invention; la Fig. 2 est une vue partielle en coupe de 1'extrémité de l'appareil représenté à la fig. 1; la Fig. 3 est une vue en bout de l'appareil représenté à la Fig. 1; la Fig. 4 est une vue en coupe d'une variante d'un appareil de chauffage suivant l'invention. En se reportant à la Fig. 1, la référence 10 désigne dans son ensemble un appareil de chauffage comprenant des parois 11 divergentes vers l'extérieur et constituant un réflecteur, et une partie 12 délimitant une cavité ou logement. Une feuille mince 13 d'une matière réfléchissant la chaleur telle qu'une feuille d'aluminium garnit le fond du logement 12. Une masse 14 d'une matière thermiquement isolante telle qu'une laine de céramique ayant une faible densité, une stabilité élevée à la température et un très faible coefficient k est disposéeyâans le logement 12. L'un des types de matière préféré pour être utilisé dans l'appa- reil suivant l'invention a une densité d'environ 48 à 128 g/dm , 3 et de préférence de 64 à 96 g/dm . Deux ferrures de support 15 sont fixées sur le corps de l'appareil afin d'emprisonner dans celui-ci la masse 14 de laine de céramique. Une plaque métallique 16, pliêe afin de constituer des crêtes ou nervures s'étend en travers d'à peu près la totalité de la largeur du corps de l'appareil. L'angle compris entre les sommets des nervures de la plaque 16 est de préférence de l'ordre de 50 à 90° afin d'obtenir les meilleurs résultats. Bien que les crêtes représentées à la Eg. 1 aient en section une forme triangulaire, il peut être souhaitable dans certains cas d'utiliser un agencëment de crêtes ou nervures à sommets aplatis ou même de forme pyramidale. Un certain nombre d'éléments chauffants électriques désignés dans leur ensemble par la référence 17 sont disposés entre les sommets des crêtes de 3a plaque 16. Ces éléments peuvent être du type en épingle â cheveux ou encore peuvent être constitués par des éléments chauffants électriques individuels de forme allongée. 69 16472 2009085 Suivant l'exemple représenté à la Fig. 1, les éléments chauffants 17 comprennent une gaîne externe 18 en métal qui est remplie d'une masse compacte de magnésie 19 dans laquelle est noyée une résistance métallique électrique 20 hélicoïdale. Comme représenté, les éléments chauffants 17 sont disposés au voisinage du fond des nervures de la plaque 16 et au voisinage immédiat des parois de ces nervures. Une grille ou élément perforé 21 est disposé au voisinage immédiat des sommets des nervures de la plaque 16, cet élément perforé servant à produire une contre-pression notable de l'air chaud qui est chauffé par les éléments chauffants 17 et renvoie à nouveauJpar rayonnement les infra-rouges en direction des éléments chauffants. L'élément 21 comporte des rebords latéraux 22 et 23 qui sont recouverts d'une cqmche ou matelas 24 de laine de céramique du type utilisé pour la masse 14, mais ayant de préférence 3 une densité plus élevée, d'environ 128 g/dm . Comme représenté, les extrémités du matelas 24 peuvent être repliées au-dessus et autour des bords marginaux de la plaque 16 et par dessus les rebords 22 et 23 de l'élément 21» Des couches supplémentaires isolantes 25 et 26 en laine de céramique peuvent être interposées entre les rebords 22 et 23 ët les bords de la plaque 16. Les bords latéraux de la plaque 16 et de l'élément 21 sont ainsi montés "flottants" dans l'isolant en laine de céramique,de telle sorte qu'ils peuvent mieux absorber les contraintes dues à la dilatation et à la contraction. Deux plaques- d'appui 27 et 28 sont prévues et sont fixées par des moyens appropriés 29 et 30 afin d'appliquer une certaine pression sur les bords de l'élément 21 et de la plaque 16. L'élément 21 peut être réalisé en un métal quelconque approprié et comporte de préférence des trous répartis à raison 2 d'environ 6 à 15 par dm afin de fournir l'effet de contre-pression désiré sur les gaz chauffés par l'élément chauffant 17. Pour obtenir les meilleurs résultats, l'élément 21 ne doit pas être espacé de plus de 12 mm. de la partie supérieure des crêtes de la plaque 16, un espacement de 6 à 12 mm. étant préféré. Les surfaces comportant les crêtes ou nervures sont de préférence réalisées en un métal qui peut à la fois absorber et ré-ëmettre très efficacement le rayonnement infra-rouge. Il est souhaitable que les crêtes ou nervures absorbent autant d'énergie de rayonnement que possible en provenance des éléments rayonnants et 69 16472 5 2009085 absorbe autant, de chaleur que possible en provenance des gaz chauffés afin d'atteindre un niveau maximal efficace de température de rayonnement. Ce niveau maximal de rendement est obtenu lorsque les surfaces métalliques s'oxydent et deviennent très foncées, de préférence noires, en une certaine période de temps au cours du fonctionnement normal, de façon que ces surfaces agissent comme des sources d'émission d'énergie de rayonnement très efficaces. Dans ce but, il est préférable d'utiliser des métaux tels que l'acier inoxydable qui deviennent sombres aux températures élevées auxquelles fonctionne l'appareil de chauffage. Les aciers inoxydables sont habituellement des métaux à base ferrèuse contenant du nickel, du. chrome, ou les deux. Les aciers inoxydables du type ferritique sont particulièrement efficaces.pour obtenir la réaction d'assombrissement désirée lors de l'oxydation. L'effet d'assombrissement maximal semble se produire en environ 12 à 24 heures d'utilisation continue. En .se reportant aux Fig. 2 et 3 on voit mieux la construction de l'extrémité de l'appareil de chauffage. Comme représenté, il est prévu une plaque de support 31 en forme de L qui est soudée ou fixée à la plaque 16 d'une façon quelconque appropriée. Un bloc 32 en laine de céramique prend appui contre la masse 14 de laine de céramique, et une partie du matelas 24 en laine de céramique s'étend entre la face interne du bloc 32 et la branche du support 31 s'étendant vers le bas. Comme on le voit mieux à la Fig. 3, le bloc 32 comporte des ouvertures 33 sur-dimensionnées par rapport aux éléments chauffants à travers lesquelles s'étendent les éléments chauffants 17. Ce type de construction est conçu pour empêcher tout déplacement excessif dans le sens longitudinal. Lorsque les nervures de la plaque 16. sont chauffées, il se produit une dilatation normale, et l'isolation en fibres de céramique est comprimée afin d'absorber la dilatation thermique. Le mode de réalisation de 1'appareil suivant 1'invention représenté à la Fig,. 4 montre un agencement double, ou en tandem, dans lequel on peut utiliser deux rangées d'éléments de 240 volts en combinaison avec une alimentation de 480 volts. L'ensemble représenté comprend un carter 41 ayant des parois réflectrices 42 et 43 inclinées vers l'extérieur, et un logement 44. Un séparateur 45 est disposé dans le logement 44 et est fixé au fond du logement 44 au moyen d'organes de fixation appropriés 46" et 47. Le sépara-tsar 45 divise l'enseaible en deux appareils chauffants de forme 69 16472 6 2009085 analogue. L'appareil de gauche comprend une masse 48 en une laine de céramique de densité relativement faible, et un matelas 49 en laine de céramique de densité relativement élevée. Une plaque 50 à crêtes ou nervures repose sur le matelas 49 et comporte un rebord marginal 51 espacé et opposé par rapport à un rebord marginal 52 correspondant d'une grille ou élément perforé 53. Le matelas 49 est replié par dessus la partie supérieure du rebord marginal 52, et un tampon 54 en une matière isolante appropriée est interposé entre les deux rebords marginaux. Une plaque de maintien 55, fixée sur la paroi téflectrice 42 au moyen d'organes de fixation appropriés 56 maintient en appui la laine de céramique contre les bords marginaux. Un certain nombre d'éléments chauffants tubulaires 57 est prévu, les éléments étant reçus dans les creux formés entre les surfaces des crêtes ou nervures, comme dans le mode de réalisation précédent. D'une façon analogue, il est prévu sur le côté de droite de l'appareil un corps 61 en laine d« céramique, et un matelas 62 également constitué par une matière thermiquement isolante. La plaque 63 comportant des crêtes ou nervures repose sur le matelas 62 et comporte un rebord marginal 64 disposé en face d'un rebord marginal correspondant 65 d'une grille ou élément perforé 66 disposé par dessus la plaque 63. Un tampon 67 de matière isolante est reçu entre les deux rebords marginaux opposés. Une plaque de maintien 68, fixée sur la paroi réflectrice au rjoyen d'organes de fixation 69 sert à appliquer une force de compression sur la laine de céramique dans laquelle sont noyés les rebords marginaux 64 et 65. Le rebord marginal opposé 71 de l'élément 53, et le rebord marginal correspondant 72 de l'élément 66 sont également noyés dans un matelas 73 en laine de céramique, de la même façon que sont disposés les rebords marginaux 74 et 75 des plaques 50 et 63 respectivement.. Un organe de fixation tel qu'un rivet 76 s'étend à travers le séparateur 65 et-applique une force de compres sion afin de maintenir les bords marginaux en place tout en pouvant absorber un certain déplacement latéral dû à la dilatation thermique. Avec ce type d'agencement, on remarquera que les deux plaques 50 et 63 aussi bien que les deux grilles ou éléments perforés 53. et 66 ne sont pas emprisonnés latéralement, excepté BAD ORIGINAL 69 16472 7 2009085 qu'elles sont noyées dans une masse de laine de céramique, de telle sorte qu'elles sont libres de se déplacer sans engendrer de contrainte thermique excessive dans les éléments environnants. On a constaté qu'avec le type d'appareil représenté â la Fig. 4, comportant des éléments chauffants conçus pour fonctionner sous une tension de 240 voits avec une température résultante d'environ 115°C, on obtenait des températures pouvant s'élever jusqu'à 925°C, et dans certains cas, même jusqu'à 1035°C pour la même puissance d'entrée qui permet seulement d'obtenir une température de 815°C avec un appareil classique à réflecteur. L'isolation très efficace utilisée à la partie arrière des surfaces formant des crêtes ou nervures diminue les pertes de chaleur vers l'arrière de telle sorte que les températures du carter à l'arrière de l'appareil sont notablement inférieures à celles obtenues dans les appareils à réflecteur même refroidis par air. Suivant un exemple caractéristique, on a mesuré la température du réflecteur et du corps d'un appareil à éléments rayonnants à infrarouges du type classique, et la température s'élev.ait à 190°C, tandis que l'on obtient une température du corps de l'appareil de 95°C avec l'appareil suivant l'invention utilisant le même élément chauffant avec exactement la même puissance d'entrée. De nombreux essais ont indiqué que les appareils de chauffage électriques à ifafra-rouges selon l'invention ont une puissance de sortie notablement plus élevée que les meilleurs appareils du type à gaz de dimensions équivalentes. Dans un essai effectué avec deux éléments chauffants étalonnés chacun à 1800 watts, îgfiiSrgijgl^SgSgigfinÉM gfqglPBgtSrlï atÉe type commercial d'appareil de chauffage/de 6.300 k.cal. Avec des éléments chauffants étalonnés à 3000 watts chacun, utilisant deux éléments en forme d'épingle à cheveux dans un appareil d'une longueur de 90 cm., on a obtenu une sortie presque trois fois supérieure à celle obtenue avec des appareils de chauffage alimentés au gaz avec une puissance d'entrée de 12.600 k.cal. On a utilisé des appareils de chauffage suivant l'invention pour sécher lentement des peintures ëmaillées appliquées sur des éprouvettes en acier de 6,35 mm. On a constaté que les peintures peuvent être séchées et amenées dans 1'état où elles peuvent supporter le toucher en une pérbde de temps comprise entre 15 et 20 minutes en utilisant ces appareils de chauffage. Dans un autre 69 16472 8 2009085 essai, une éprouvette en tôle métallique mince peinte avec un émail au four blanc brillant peut être amenée de la température'ambiante à 87°C en une minute et à 145°C en deux minutes. Ces températures ont été mesurées sur 1'arrière de 1'éprouvette après pénétration 5 de la pellicule de peinture par le rayonnement infra-rouge. Dans un autre essai, une laque acrylique a été séchëe sur une automobile et était prête pour le polissage en une heure. Un séchage à l'air ambiant dans des conditions ambiantes de sécheresse et de chaleur nécessite 16 heures. 10 Dans un autre essai, une matière plastique nécessitant de 20 minutes à 2 heures de chauffage dans un tunnel à air chaûd à 205ot peut être chauffée jusqu'au point où la matière plastique se ramollit et peut être formée par dépression en quelques secondes. Même une matière transparente telle qu'une feuille de 15 plexiglas de 6 mm. peut être suffisamment ramollie pour être formée par dépression en à peu près 5 minutes par rapport au temps normal de plus de 2 heures nécessaire dans une étuve à air chaud à 205°C. Dans un autre essai encore, on a comparé les résultats 20 obtenus avec un appareil de chauffage suivant l'invention utili sant un seul élément chauffant disposé entre les nervyres avec les • résultats obtenus en utilisant un seul élément chauffant ayant exactement la même dimension, combiné avec un réflecteur. On a constaté que l'appareil suivant l'invention fournit la même puis-25 sance de sortie de rayonnement sous une tension de 130 volts, que celle Obtenue au moyen d'un appareil analogue fonctionnant sous une tension de 240 volts avec un appareil à réflecteur. Un appareil de chauffage double du type représenté à la Fig. 4, comportant quatre longues tiges tubulaires d'une 30 longueur de 1 mètre, 40 disposées dans un corps ayant une largeur de 60 cm. et une longueur de 1,35 m. a été utilisé pour sécher une tuile en céramique sortant de la presse et ayant une teneur en humidité d'environ 7,5%. On a constaté que la tuile peut être suffisamment séchée dans un temps de une minute à 1,5 minutes, de 35 telle sorte qu'un vernis peut être appliqué sur la tuile. Le cycle normal pour obtenir le même résultat comprenait un séchage de six jours dans une pièce chauffée à humidité contrôlée. 69 16472 9 2009085 - REVENDICATIONS - 1. Appareil de chauffage à infra-rouge comportant un élément chauffant alimenté électriquement, caractérisé en ce qu'il comprend un corps de rayonnement ayant une surface de rayonnement comportant des crêtes ou nervures dirigées avec l'extérieur et dont les parties en creux sont orientées afin de diriger le rayonnement infra-rouge dans la direction voulue, ledit élément chauffant étant disposé dans une position espacée par rapport audit corps de rayonnement afin de chauffer ce dernier jusqu'à une température suffisante pour amener les surfaces de rayonnement comportant des crêtes ou nervures à agir comme une source d'une quantité importante d'énergie infra-rouge. 2. Appareil de chauffage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit corps de rayonnement est en une matière ondulée ou plissëe formant des crêtes ou nervures, ledit élément chauffant étant disposé dans un pli dudit corps rayonnant. 3. Appareil de chauffage suivant les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le dit élément chauffant est disposé entre lesdites crêtes ou nervures de ladite surface de rayonnement. 4. Appareil de chauffage suivant les revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que lesdites crêtes ou nervures soac constituées par des surfaces à peu près planes inclinées en sens opposé. 5. Appareil de chauffage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdites surfaces comportant des crêtes ou nervures sont en une matière qui devient un radiateur efficace des infra-rouges lorsqu'elle s'oxyde. 6. Appareil de chauffage suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'angle compris entre les parois des crêtes ou nervures est de l'ordre de 50 à 90°. 7. Appareil de chauffage suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la matière dudit corps de rayonnement est de l'acier inoxydable. 8. Appareil de chauffage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend une grille, ou élément perforé métallique disposé au voisinage immédiat des sommets desdites crêtes ou nervures. 9. Appareil de chauffage suivant la revendication 8, caractérisé en ce que ledit élément perforé comporte de 6 à 15 trous 69 16472 10 2009085 2 par dm , et est disposé à environ 12 mm des sommets desdites crêtes ou nervures. 10. Appareil de chauffage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend un carter dans lequel est disposé ledit corps de rayonnement, ce carter étant ouvert suivant un plan se trouvant en face desdites surfaces de rayonnement. 11. Appareil de chauffage suivant la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend un matelas de laine de céramique qui maintient ledit corps de rayonnement espacé de la partie arrière du carter de l'appareil. a 12. Appareil de chauffage suivant les revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que ledit élément perforé est disposé en un point suffisamment proche des sommets desdites crêtes ou nervures afin d'exercer un effet de contre-pression sur l'air chauffé provenant du voisinage des éléments chauffants, tendant ainsi à confiner les gaz et à produire un nouveau rayonnement de l'énergie infra-rouge en arrière vers Inédites nervures. BAD ORIGINAL