Brevet FR2007805A1 — publié le 19700109

1414a, 1 2007805 La présente invention concerne des dispositifs de chauffage électriques et des mécanismes les utilisant, et en particulier une machine à emballer à l'aide d'une pellicule, équipée de ces dispositifs de chauffage* 5 On a utilisé divers types de dispositifs de chauffage électri ques dans les ^équipements d'emballage dans une pellicule et de formage thermique^celle-ci .Tous ces dispositifs connus présentent en commun l'inconvénient de temps de réponse lents, ce qui nécessite des cycles relativement longs. Afin de raccourcir le cycle, on a 10 proposé de maintenir les dispositifs à l'état partiellement ou totalement excité, même lorsqu,on ne désire pas obtenir de la chaleur à partir de ces dispositifs. Ceci est malcommode et occasionne un gaspillage de puissance électrique et de chaleur. r les dispositifs de chauffage qui ont été utilisés dans ce 15 type d'équipement comprennent : 1o Des dispositifs de chauffage dans lesquels l'élément de chauffage est entouré dans un tube en quartz. Certains de ces appareils ont des temps de réponse relativement rapides comme source de chaleur rayonnante mais tous sont des sources très lentes de chaleur 20 de convection. La raison en est que les tubes en quartz sont relativement transparents à l'énergie rayonnante et qu*un laps de temps considérable s'éeoule avant que le tube lui-même devienne chaud. Pour que le tube devienne chaud, et soit efficace comme source de chaleur de convection, il est nécessaire de faire passer de l'air 25 sûr le tube chaufféo 2. Les dispositifs de chauffage à enveloppe métallique. Dans les appareils de ce type, un élément de résistance est noyé dans une matière isolante, elle-même entourée par une enveloppe ou gaine métallique. Ces dispositifs n'atteignent leurs tempérai/ures de fonc-30 tionnement qu'après des périodes de temps relativement longues. De plus, ils ont une section transversale relativement importante, à la fois pour assurer la résistance mécanique suffisante pour supporter leur propre poids et du fait des matières qui entourent l'élément de chauffage. 55 5. Les dispositifs à fil métallique enroulé en spirale, - en chrome-nickel ou autre fil.;à résistance élevée.» Les enroulements sont supportés en des points espacés par des isolateurs. Ces dispositifs doivent avoir également une section transversale importante pour supporter leur propre poids. Egalement, ils 40 présentent l'inconvénient qu'en service ils s'étirent et s •' affaissent. 69 14140 -2- 2007805 4. Des rubans en une matière résistante, qui présentent les mêmes inconvénients que les dispositifs à enroulement-» Eux aussi doivent avoir une section transversale importante pour supporter leur propre poids. De même que les enroulements, le ruban se fati» 5 gue et s'étire lors de cycles répétés et il commence à s'affaisser. On a essayé d'avoir recours à des ressorts pour surmonter ce problème de 1'affaissement, mais avec le temps les ressorts se fatiguent en raison de plusieurs facteurs comprenant la chaleur à laquelle ils sont exposés. En outre, les ressorts tendent à accélérer 10 l'étirage du ruban du fait qu'ils le•maintiennent sous tension lorsqu'il est chauffé et empêchent l'appareil de revenir à sa longueur initiale lorsqu'il se refroidit» Lorsqu'un appareil à enroulement ou à ruban commence à s'affaisser, il en résulte plusieurs inconvénients, lesquels comprennent 15 une distribution non uniforme de la chaleur, le fil ou le ruban risqua de coucher ces articles situés sous l'appareil et le's éléments de l'appareil courbeur prématurément en panne. Selon la présente invention, on déforme'un ruban à- forte résistance, plat et très mince, pour lui conférer des ondulations. On 20 enroule ensuite ce ruban ondulé en spirale autour d'un noyau qui est de préférence un tube de quartz» Ceci fournit pour la première fois un élément de chauffage extrêmement efficace qui est supporté mécaniquement sur toute sa longueur de façon à ne pas compromettre ses caractéristiques de transmission de chaleur et qui en fait les 25 améliore. Les avantages de cet élément de chauffage comprennent : 1. Une surface extrêmement grande par rapport à la section transversale du ruban. Ceci non seulement contribue à donner un temps de réponse extrêmement rapide, mais également une utilisation 30 efficace de la quantité de matière nécessaire et de la quantité d'électricité nécessaire pour produire la quantité désirée d'énergie calorifique. Une raison principale de cette utilisation, efficace de l'électricité est que les dispositifs ne sont excités qp# lorsqu'on en a besoin. 35 2. Une grande surface par unité de volume du f oxtr.-QUf.autre , de sorte qu'on peut ohauffer très rapidement et efficacement un espace de volume donné, 3. Une source exceptionnelle de chaleur.rayonnante.. Attendu que le noyau en quartz est sensiblement transparent à l*énergie 40 rayonnante, l'élément chauffant enroulé en spirale se ©emporte comme 69 14140 2007805 s*1 iïl.était suspendu dans l'air du point de vue de l1 énergie rayonnante. Si un réflecteur est placé derrière l'élément, la totalité de la grande surface peut rayonner vers un • objet, à ^chauffer. Il s'ensuit que l'objet reçoit la chaleur rayonnante de toutes les 5 surfaces de l'élément, directement ou bien par réflexion sur le réflecteur. 4. Il constitue une source extrêmement efficace &e chsJLeur de convection. lorsque l'air passe sur le dispositif de chauffage* ondulations les 7 de l'élément provoquent une turbulence et l'air est en con-10"tact direct avec l'élément chauffant. Ceci assure une transmission de chaleur extrêmement efficace de l'élément à l'air qui passe sur lui. 5. les durées des cycles de machines équipées avec ces dispositifs sont réduits par comparaison avec les machines antérieures. 15 la combinaison de cette réponse rapide et de l'efficacité de la convection produit ce résultat. 6. la dilatation et la contraction de l'élément ©hauffant sont absorbées le long du noyau sans affecter la longueur totale du dispositif ou provoquer une fatigue de l'élément. Chaque parti© d'une 20 ondulation se dilate et se contracte le long de son propyg. âge. Attendu que de nombreuses parties des ondulations sont_._transrersa-lee au noyau, il s'ensuit que les composantes de conteçaction et de dilatation sont aussi bien radiales qu'axiales- Le ruban.-enroulé/toi^ entier agit à la manière d'un ressort faible, de sorte qu*il peut 25 glisser quelque peu lors de la dilatation, en absorbant la plue-grande partie de ffelle'-ci. De .plus, un léger relâchement se produit sans inconvénient . autour., "du noyau quand le : dispositif est chaud, mais l'effet total est que 1'éléaent/chauffage se déplace très peu le long du noyau à mesure qu'il se dilate et se 30 contracte. •> 7. Le dispositif a une durée de,service extrêmement longue pour diverses raisons. L'une d'elles est que l'élément chauffant est entièrement supporté mécaniquement sur toute sa longueur, de sorte que sa dilatation et sa contraction ne le fatiguent pas, pour 35 les raisons exposées ci-dessus. Une autre raison est les temp^,. de réponses rapides résultant de la minceur du ruban. Des essais ont montré que le dispositif peut être amené d'une température ambiante de 21°C environ à-sa pleine température de fonctionnement dfl 950 ?C à 980°C en 0,75 seoonde ou moins. De ce fait, les dispositifs sont 40 arrêtés lorsqu'ils ne sont pas en service et la dégrad»*fei.on résul 69 14140 " _ 2007805 tant à*-un chauffage inutile est supprimée. 8. Le dispositif est facile à installer et à remplacer» Le quartz a un très faible coefficient de dilatation. En. conséquence, lorsque l'élément de chauffage est soumis à un régime, périodique^la 5 /to?afeeïu dispositif n'est que peu affectée. On a recours à des chapeaux d'extrémité en forme de cuvette comme "bornes pour les éléments chauffants. La combinaison d'une longueur relativement stable de l'élément 'chauffant et des chapeaux d'extrémité permet de fixes? le dispositif dans un montage ressemblant à une cartouche de fusi-10 ble„ Ainsi 1 ' installation e t. l«^?.empLacement sont facilités»! 9. La densité d'énergie électrique e^t -sél-eetiv^c'est—èa-dire que 11 énergie électrique iirassformé.e"en .chaleur nr'a pas-à être réparti e. uniformément le long du dispositif. A cet effe1sy l'élément de chauffage est réparti spatialement le long du neywi.§b,_enroù-15 lant le ruban en spirale à un ou plusieurs pas désirés* -Ainsi, le pas des ondulations de l'élément n'a pas besoin d*être unifoime d'un bout à l'autre. Dans la partie de lf élément qui présente lia plus grand nombre d'ondulations par. unité de .longueur» l'énergie consommée est supérieure et l'oii produit davantage- 49. chaleur. 20 10. L'élément est d'un prix extrêmement modiqxje et est beau coup moins cher à fabriquer et à installer que n'importe lequel des appareils antérieurs» 11. Il y a moins de pertes de chaleur vers les structures environnantes et de support. Etant donné que les ondulations sont 25 transversales au ruban et que ce dernier est enroulé en spirale, ! la base de chaque ondulation n'est essentiellement qu'en contact ponctuel avec le noyau» (Je contact ponctuel réduit le flottement, entre l'élément et le noyau à mesure que l'élément se dilate. Il réduit également tout effet de dissipation de chaleur que le noyau 30 peut présenter à l'égard de l'élément résistant et contribue ainsi à assurer un rendement extrêmement élevé pour le dispositif^ Dans -une variante de l'invention, un enroulement non ondulé est enroulé autour/S1 urv&oyau de section transversale en forme d'étoile. Ici encore, le contact entre le noyau et l'élément chauffant 35 est essentiellement ponctuel et l'on obtient à peu près la plus . grande partie, sinon la totalité des avantages sus-mentionnés. L'invention a en conséquence pour objet principal une nouvelle source de chaleur électrique améliorée. . D'autres buts et avantages de l'invention apparaîtront à la 40 lecture de la description faite ci-après en regard du dessin annexé, 69 14140 2007805 sur lequel : la figure 1 est une vue en perspective d'une- machine à emballer 'en pellicule selon l'invention; la figure 2 est une vue en perspective de 1'élément chauffant 5 la figure 3 est une vue en élévation d'un élément chauffant selon l'invention, des parties étant en coupe et d'autres enlevées % la figure 4 est une coupe transversale observée à partir du plan indiqué par la ligne 4-4 de la figure 3 ; la figure 5 est une coupe de l'élément chauffant d*une autre 10 foime de réalisation. En se référant à la figure 1, on a représenté-une machine 10 à emballer à l'aide d'une pellicule, destinée à être-.supportée sur une table ou un comptoir. La machine représentée est, sauf en ce qui concerne les éléments chauffants et la structure asseeiée, celle 15 qui est décrite dans la demande de brevet des Etats-Unis d*Amérique U8 668.372 du 18 Septembre 1967 déposée par Rilley Watts* Jr« En conséquence, on ne la décrira que succintement, La machine 10 a une base rectangulaire 12 avec un panneau de commande 14- sur une surface antérieure de la base. Deux colonnes de support verticales es-20 pacées 18, 19 sont moulées sur les deux, coins postérieares de la base 12. Un ensemble de chauffage 20 est supporté, par les colonnes 18, 19 qui sont orientées vers 1'avant-en porte—à-faux., au-dessus? de, la base 12* En service, on place sur la base 12 une feuille de «arton et 25. Xos produits à empaqueter. On fixe une feuille de pelliçajle thermo-plastiqu© sur le. cadre 24. L'ensemble chauffant 20 rsaollAt la pellicule par chauffage. On abaisse le cadre, on fait le vide et la pression de l'air ambiant repousse la pellicule contre le carton. L'ensemble chauffant 20 comprend un couvercle rectangulaire 30*26 recouvrant et entourant un four rectangulaire -28, . Un groupe 29 de moteur.et ventilateur à l'arrière du four •et du couvercle 26 =est prévu afin de refroidir les éléments chauffants après chaque cycle de chauffage. Le couvercle 2.6 est supporté .|«îr JLes colonnes 18, 19 pour un ajustement vertical# Pour y accéder, ■55';"Cn. fait pivoter le four 28 par rapport à la base 12, à la position 'représentée . En service, le four est parallèle à la base 12à Le four 28 comprend un réflecteur 30 qui sert également de plaque de support pour l'élément chauffant. Le réflecteur 30 présente un rebord pendant 30â ^ Sa périphérie. Des ouvertures 32 sont 40"3œénagées dans le réflecteur pour recevoir des consoles de support 69 14140 -6- 200 7 Ô 0 5 34 pour les éléments chauffants et'pouf fournir des passages à travers le réflecteur pour assurer une circulation d'air* Les éléments chauffants 36 sont supportés sur la"surface inférieure de réflecteur par des pattes 34. La construction particulière des éléments 5 chauffants est décrite ci-après en détailo - - La durée du cycle de la machine 10 dépend de la matière et de l'épaisseur de la pellicule. Les cycles antérieurs ont été très longs. Une des raisons pour cela est qu'une pellicule de polyéthy-lène ou analogue est essentiellement transparente au rayonnement 10 infra-rouge et qu'en conséquence la transmission de la chaleur des éléments chauffants à la pellicule doit avoir lieu principalement par convection. Dans les constructions antérieures, les éléments Ohauffants atteignent typiquement une température de fonctionnement de l'ordre 15 de 980°C en 4 ou 6 secondes au moins. La durée du cycle nécessaire pour élever la température des anciens éléments chauffanta de 21°G à 980°C est considérablement plus longue après que leur alimentation a été.coupée. 1*invention fournit un appareil de chauffage de l'air à gran-20 de vitesse, nouveau et perfectionné, qui réduit les pertes de cha^ leur par rayonnement et convection à partir de l'élément chauffaat de sorte que la transmission de chaleur est améliorée-à la fois par rayonnement et par convection. La vitesse de l'appareil est élevée du fait que les éléments chauffants sont refroidis par le ventila- . 25 teur 29 à chaque cycle pour maintènir constantes les durées dès cy-» oies, que la maohine soit utilisée de façon intermittente ou à peu près constante. L'élément chauffant est supporté sur toute sa longueur par un orggne-qui laisse passer :1e rayonnement. Ceci fournit à l'élément 30 une grande surface par rapport à son volume d'une matière de résistance relativement mince. En outre, l'élément coopère avec son support de sorte qu'une avarie due aux efforts thermiques subis par l'élément ne se produit pas, et un brûlage de l'élément dû. à un 55 Les figures 3 et 4 représentent une forme préférée de l'élé ment ohauffant selon l'invention. L'élément 36 comprend un corps de support 101 comprenant un noyau tubulaire 102 et deux chapeaux d'extrémité 103, 104. Ces derniers sont formés en une matière conductrice de l'électricité et sont connectés au réflecteur 30 par 40 des pattes élastiques 34, conductrices de l'électricité* de façon 69 14140 -7- 2007805 analogue à des pattes de fusible. Un élément chauffant 105 est enroulé en hélice autour du support 102, entre les chapeaux 103, 104. L'élément 105 est do préférence en chrome-nickel ou autre matière de résistance élevée. 5 II a une section transversale rectangulaire relativement faible. Des ondulations ou nervures 106 sont formées dans le ruban 105 transversalement à sa longueur. Quand le ruban est enroulé autour du support 102, les ondulations s'étendent sous un petit angle par rapport à l'axe de l'hélice. Ces ondulations augmentent la ré-10 sistance mécanique du ruban et fournissent également d1autres avantages. - -Le ruban 105 est enroulé assez -étroitement su& le .support 102. Les ondulations peuvent être espacées uni— forœément. Inversement, et si par exemple on désire avoir pins ào 15 chaleur à une extrémité de l'élément qu'à l'autre, on^^v ménager davantage d'ondulations. On peut ainsi régler la densit^coâsommée c'est-à-dire la répartition de la chaleur le long de l'élément. Après qu'on a enroulé le ruban, il est fixé en position en le chauffant au-dessus de sa température normale de fonctionnement. 20 Cet effort détend le ruban. Le ruban, ainsi surchauffé* oossorvo la configuration qui lui avait été communiquée par 1'enroulement, aussi bien dans des applications horizontales que verticales# Chaque chapeau d'extrémité 103, 104 comprend tua© rainar© péri-■ phérique 110 destinée à recevoir une extrémité du ruban» Une bague 25 élastique 111 est disposée dans chaque rainure et vient étroitement en contact avec le ruban pour assurer un bon contact électrique on» tre les extrémités du ruban et les chapeaux d'extrémité. Obmme noté, les chapeaux sont de préférence formés en une matière ©onduo trie© de l'électricité de sorte qu'il est établi un circuit à travers le 30 ruban lorsque les ohapeaux sont connectés à une source do courant électrique. Ainsi, les chapeaux servent de bornes, ce qui supprime la nécessité de prévoir des bornes classiques. Dans le oaS ofc. les chapeaux ne sont pas conducteurs, les bagues élastiques 111 servent de bornes. 35 Comme on le voit en particulier sur les figures 4 et 5» 1© ruban 105 est enroulé autour du support 102 de façon que chaque ondulation soi^en contact avec le support,, Attendu que les ondulation# sont inclinées par rapport à l'axe de l'hélice et du fait que. le t-ube est bylindrique, les emplacements auxquels le ruban 105 ©st 40 en contact avec le support sont définis par des points de eontaet 69 14140 -8- 20O78Q5 ou, au plus, par des segments relativement courts. Ainsi, la surface totale de contact entre le ruban 105 et le support 102 est extrêmement petite et réduit à un minimum l'effet dissipateur de chaleur du supporta 5 Quand le ruban 105 est connecté entre les bornes d'une source de courant, sa température est de 980°0 environ et le ruban se dilate th.ertaiquem.ent. Cette dilatation augmente la longueur de l'hélice et les dimensions des ondulations. L'augmentation de la dimension des ondulations est occasionnée par des composantes axîlles^jans 10 qu'on l'a expliqué précéderomer^. Bien que le ruban se déserre légèrement du noyau, ce n'esté peine visible» La construction élastique maintient le contact entre le ruban et le support et il se produit un léger mouvement axial des ondulations de l'hélice par rapport au support 102» De cette façon la dilatation thermique de l'élément 15 est absorbée par l'élément lui-même sans fatigue. Les enroulements de l'hélice sont espacés suffisamment pour que le contact entre ondulations adjacentes ne se produise pas du fait de la dilatation thermique » Comme noté ci-dessus, le support 102 est de forme allongée (de 20 préférence en foroie de tube ou analogue) et il est construit de préférence en quartz ou entre matériau sensiblement transparent au rayonnement infra-rouge, c'est-à-dire à la chaleur rayonnante» La surface extérieure du support est lisse de sorte que le contact entre les ondulations du ruban 105 et le support est caractérisé par des for-25 ces de frottement relativement faibles. Ceci permet au ruban de se déplacer librement dans le sens axial par rapport au support pendant la dilatation et la contraction sans imposer des efforts au ruban. Outre le rôle sus-mentionné des ondulations du ruban, il convient de noter que ces ondulations favorisent la turbulence de l'air 30 qui s'écoule à travers l'appareil 100, En outre, les ondulations fournissent des nervures rayonnantes, de sorte qu'on dispose de surfaces plus étendues de transmission de chaleur qu'un ruban de même dimension mais sans ondulations. La construction de la figure 5 est très semblable à celle des 35 figures 3 et 4 Ici, le support ou noyau 150 est en forme d'étoile» Ceci donne des contacts ponctuels espacés 151 pour le ruban ondulé 152. Ce dernier peut être ondulé, mais il est représenté comme non ondulé. Il va de soi que l'invention a été décrite ci-dessus à titre 40 explicatif mais nullement -limitatif et que l'on pourra lui apporter toutes modifications de détail conformes à son esprit sans sortir de son cadre. 69 14140 -9- 2007805 BEVEHDI GATIONS 1 . Dispositi^de chauffage électrique, caractérisé en ce qu'il comprend un noyau allongé, un élément chauffant en forme de ruban enroulé en spirale autour du noyau et en contact avec lui 5 à des emplacements espacés, lesdits éléments ayant une forme telle qu'ils sont écartés du noyau aux emplacements situés entre lesdits emplacements espacés,' et des éléments de contact connectés audit élément chauffant près des extrémités du noyau, 2 „ Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'élément 10 chauffant présente des ondulations transversales qui lui donnent la forme établissant lesdits emplacements espacés. 3,Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, dans/les éléments de contact consistent en une paire d'éléments en forme de cuvette emboîtés sur les extrémités du noyau. 15 4.DLspositif selon la revendication 3» dans lequel chacune des cuvettes présente une gorge périphérique, des parties de l'élément chauffant pénétrant dans ces gorges et des bagues élastiques maintenant les éléments en contact électrique. 5«Dispositif selon l'une quelconque des revendications précé-20 dentes, dans lequel le noyau a une forme générale en étoile, 6.Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le noyau a une forme cylindrique. 7.Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le noyau laisse passer l'énergie rayonnante.