Brevet FR2503840A1 — publié le 19821015

La présente invention concerne les appareils de chauffage catalytique du type divulgué et décrit généralement dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique No 3 037 554. Ces appareils brûlent des gaz sous une pres- sion faible)tels que le propane et le méthanequi sont oxydés en surface à des températures inférieures à la température de combustion du gaz lorsqu'il s'agit d'un emploi dans un appareil de chauffage produisant une flamme. L'art antérieur/dont un exemple est donné par le brevet des EtatsUnis d'Amérique No 3 037 054,comprend des appareils de chauffage catalytique qui sont de plus en plus utilisés, en particulier dans des utilisations industrielles. Par exemple,ils permettent de chauffer des camions de marchandises pour empêcher que leur contenu ne gèle dans des environnements froids. De plus, les appareils de chauffage catalytique peuvent être utilisés pour chauffer les humains dans des applications extérieures, par exemple lorsqu'un ouvrier travaille dans des installa- tions de changement de pneus de camions, des garages- stations services, et analogues. Une importante application qui se développe de plus en plus des appareils de chauffage catalytique concerne l'élevage des porcs. On démontre qu'une truie ayant fait des petits peut écraser une grande partie de sa portée involontairement dans l'enclos des cochonnets. En utilisant un appareil de chauffage catalytique dirigé sur une portion du plancher, les cochonnets,après l'allai- tement,ramperont vers l'endroit chaud du plancher. Ainsi ils pourront dormir et se reposer à l'écart de la truie et,lorsque celle-ci se déplace en roulant de temps en temps,la probabilité qu'elle écrase sa portée diminue notablement. Le chauffage de ces cochons de lait favorise une croissance rapide et les rend capables de quitter rapidement l'enclos de leur naissance pour gagner un lieu plus sûr à un âge moins avancé. L'utilisation du chauffage catalytique favorise la sécurité dans l'enceinte de la ferme o on trouve de la paille et d'autres combustibles. 2503 840 Les appareils de chauffage catalytique sont également utilisés pour chauffer les couveuses de poussins. Si on considère le fait qu'il est désirable de diriger la chaleur des appareils de chauffage catalytique vers des personnes, des animaux et des objets, on constate qu'il est important de renforcer au maximum la circulation unidirectionnelle de chaleur car la chaleur dissipée à l'arrière de l'appareil ne sert que peu ou pas du tout du fait que ces appareils catalytiques 1o sont rarement employés dans un milieu du type chambre fermée. La chaleur rayonnée n'est pas fondamentalement unidirectionnelle. Le rayonnement provenant du processus de combustion a tendance à se déplacer dans toutes les directions à partir de la source. Dans l'appareil de chauffage catalytique classique, l'effet isolant de la matière du substrat réduit le rayonnement provenant du processus de combustion vers l'arrière de l'appareil. Néanmoins, une partie passe à travers l'isolement fourni par le substrat du lit catalytique, en direction de l'arrière, et chauffe la partie arrière du châssis de l'élément de chauffage qui dirige la chaleur depuis la section arrière de l'appareil. La présente invention a pour but de réduire la quantité de chaleur d'un appa- reil de chauffage catalytique qui passe par le dos de l'appareil et non dans le sens désiré, en direction de la cible de l'appareil. La présente invention est basée sur la découverte qu'une quantité importante de perte arrière de rayonnement d'un appareil de chauffage catalytique peut être réduite en fournissant une surface réfléchissant le rayonnement entre la partie arrière du dos du châssis et la partie postérieure du lit catalytique. La surface réfléchissante est une face avant polie du dos du châssis, ou une sur- face réfléchissante indépendante placée entre le lit catalytique et le dos du châssis. Si on le désire, des fibres de verre ou une matière isolante d'un type équiva- lent sont placées entre la surface réfléchissante et 2503 840 le dos du châssis. Lorsqu'on met en oeuvre le procédé de la présente invention qui permet de fournir une sur- face réfléchissante entre le dos du châssis et le dos du lit catalytique, les dispositifs réfléchissants rédui- sent la température de la partie externe du dos et augmentent la température à l'extérieur du lit catalytique. Une comparaison effectuée entre un type semblable d'appareil de chauffage catalytique n'ayant pas une surface réflé- chissant la chaleur montre une réduction définie de tem- pérature au dos du châssis tout en gardant une puissance thermique analogue avec le même appareil. Le but principal de la présente invention est de produire une surface réfléchissante près de la partie arrière du dos du châssis d'un appareil de chauffage cata- lytique pour ainsi réduire la perte de chaleur à travers le dos de l'appareil, et réfléchir la chaleur à travers le lit catalytique et vers l'avant sur la cible intention- nelle de la chaleur rayonnée. Un autre but de la présente invention est d'augmenter l'efficacité d'un appareil de chauffage cata- lytique en dirigeant la plus grande partie de la chaleur rayonnée à travers la partie avant. Un autre but encore de la présente invention est de produire un dispositif et de proposer un procédé pour améliorer les caractéristiques de rayonnement des appareils de chauffage catalytique fabriqués habituelle- ment,sans qu'on ait besoin d'un usinage important pour réaliser la modification. Un autre but de la présente invention est de fournir un dispositif économique pour réduire le rayonne- ment calorifique s'échappant du dos d'un appareil de chauffage catalytique de telle façon que le prix de la modification soit récupéré en une période relativement courte, ce qui contre-balance les frais additionnels modestes impliqués par la production d'un tel appareil. D'autres buts et avantages de la présente inven- tion apparaîtront plus clairement dans la description suivante d'une forme de réalisation de la présente 2503 840 invention qui est donnée à titre illustratif et non limitatif, sur la base du dessin annexé sur lequel - la figure 1 montre schématiquement la partie avant d'un appareil de chauffage catalytique; - la figure 2 est une vue en coupe transversale agrandie partiellement schématique selon la ligne de coupe 2-2 de la figure 1; et - la figure 3 est une vue arrière de l'appareil de chauffage de la figure 1 o on indique schématiquement les points de mesure des températures permettant de démontrer la différence entre l'art antérieur et le procédé de la présente invention appliqué à l'appareil de chauffage catalytique. La figure 1 montre un appareil de chauffage catalytique typique 10 dans lequel un châssis 11 entoure et fixe une monture 12 qui,à son tourconstitue la face externe d'un lit chauffant 15 qui est montré avec plus de détail à la figure 2. Le lit chauffant comprend un catalyseur 16 sur la face externe et un dos en fibres 18. Il est habituelet ceci est utile avec la présente in- vention,d'imprégner la partie catalyseur 16 du lit chauffant 15 d'une faible proportion de platine. Le dos en fibre ou substrat est un isolant du type minéral qui est suffisamment perméable aux gaz de faible pression pour pouvoir répartir le combustible sur la face cataly- tique 16 du lit chauffant 15. La chambre de remplissage 20 est alimentée à son tour par du gaz à faible pression par l'intermédiaire de l'entrée 21 et ensuite par un collecteur 22 comportant plusieurs orifices 24. Les.soupapes de sécurité de fer- meture et les systèmes de commande pour allumer initiale- ment l'appareil de chauffage catalytique sont bien connus dans la technique, et particulièrement on peut voir à titre d'exemple le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 3 037 554. C'est pourquoi ces éléments ne sont pas montrés en détail ni décrits dans la présente demande, d'autant plus que la présente invention peut être utilisée avec une grande variété d'éléments de commande et de 2503 84ô systèmes de répartition ainsi qu'avec différents équipe- ments de mise en route et d'arrêt. Un réflecteur 25 est prévu entre le dos du châssis 19 et le lit chauffant 15. Dans la forme de réalisation préférée, le réflecteur est une feuille OU plaque d'aluminium très résistante telle que celle employée dans les barbecues et pour les cuissons. Cette feuille d'aluminium a une surface fortement polie d'un côté et par contraste l'autre face est un peu mate. La face haute- ment polie est orientée de façon à se trouver directement opposée au lit chauffant catalytique 15. Une forme de réalisation différente du réflecteur est prévue lorsque le châssis 11 est en aluminium: c'est la face arrière interne qui est polie. D'autres châssis peuvent etre revêtus d'une surface réfléchissante mais le prix du polissage de l'aluminium ou du revêtement de la surface est normalement supérieur à la fourniture d'une feuille d'aluminium sur la partie interne du dos du châssis 19 comme montré ici. Facultativement, quel que soit le type de réflecteur 25 utilisé, un isolement en fibres de verre ou en une autre matière isolante équivalente est placé entre la surface réfléchissante 25 et l'arrière du châssis 19. Dans une forme de réalisation du commerce, des résul- tats améliorês ont été obtenus en utilisant une garniture de fibres de verre d'une épaisseur de 6,35 mm. Dans de tels appareils de chauffage catalytique , on place normalement un lit de fibres de verre 15 ou de matière non tissée comparable derrière le cataly- seur 16 et directement contre l'élément de répartition du gaz, tel que le collecteur 22 montré ici à titre d'exemple. Il subsiste alors un espace derrière l'élément de répartition du gaz ou collecteur. Dans l'une des formes de réalisation proposées, la surface réfléchissante en aluminium est revêtue d'un mat en fibres de verre 26 ayant une épaisseur de 3,2 à 6, 35 mm et fixé à la cuvette arrière 19 du châssis 11. L'épaisseur du réflecteur 25 ne joue pas un rôle majeur dans la réflexion, si ce n'est que le réflecteur doit être assez épais pour avoir une 2503 842 structure de surface réfléchissante. On recherche également la présence d'un intervalle entre les bords externes du réflecteur 25 et le côté du châssis arrière 11 pour prévenir les pertes de chaleur par conduction, ce qui renforce encore la réflectivité vers la zone cible. Dans un exemple de réalisaton concret, on a monté un appareil de chauffage catalytique du type 12,66 MJ fourni par une compagnie française, la Société Lyonnaise des Applications Catalytiques, en utilisant la feuille d'aluminium et l'isolement en fibres de verre d'une épaisseur de 6,359m. Après que les températures se sont stabilisées, deux thermomètres séparés ont été placés indépendamment en neuf endroits différents de mesure de la température (Tl-T9). En prenant deux thermomètres séparés on fait la moyenne des erreurs de chacun des thermomètres. En employant neuf endroits de mesure, on a pu établir assez bien une moyenne de la température du dos de l'appareil de chauffage catalytique, Le même appareil a ensuite été testé mais sous sa forme commer- ciale d'origine sans aucune surface réfléchissante 25 comme décrit cidessus. Les résultats de base ont été que la température moyenne du dos de l'appareil sans utilisation du procédé de la présente invention, dans une température ambiante moyenne de 21'C, après 120 minutes de chauffage, était une température moyenne de 81aC. Avec le réflecteur et un isolement en fibres de verre de 6,35 mm, la température moyenne au dos du châssis 11 était de 730C. Lorsque l'isolement en fibres de verre de 6,35 mm n'était pas utilisé, la température moyenne de l'arrière s'élevait légèrement mais la réduction de tempé- rature obtenue à partir de l'appareil de chauffage stan- dard de 12,66 MJ non modifié était encore supérieure à au moins 5,550C. Surle tableau suivant, on a reporté les mesures de températures aux endroits de mesure T1-T9, tout d'abord pour l'appareil de chauffage de l'art antérieur et ensuite pour l'appareil de chauffage modifié selon la présente invention. 2503 842 TABLEAU Température ambiante moyenne 21 C minutes de chauffage VUE DE L'ARRIERE Elément standard français de 12,66 MJ/h (pas de réflecteur) T1 C-T-1 78 C-T-2 Température totale Haute température Basse température Temperature moy. Moyenne : 8740C : 89 C : 72 C : 81 oC 79 C T4 84 C-T-1 82 C-T-2 Myenne 83 C T7 C-T-1 88 C-T-2 Moyenne 89 C Element standard français de 12,66 MJ/h avec r.éflecteur et isolement de 6,35 mm en T1 fibres de verre 73 C-T-1 69 C-T-2 Moyenne 71 C Tenpérature totale: Haute température: Basse température: Température nmoy.: 797 C 78 C 64 C 71 C T4 72 C-T-1 C-T-2 Moyenne 71 C Tempeérature diffé- rentielle moyenne 81oC - 73 C-= 8 C T7 790C-T-1 76 0C-T-2 Moyenne 77,5 C T2 73 C-T-1 C-T-2 71,5 C T5 81 C-T-1 78 C-T-2 79,5 C T8 88 C-T-1 83 C-T-2 ,50C T2 66 C-T-1 62 C-T-2 64 C T5 69 C-T-1 68 C-T-2 68,5 C T3 79 C-T-1 76 C-T-2 77,5 C T6 82 C-T-1 79 0C-T-2 ,5 C T9 870C-T-1 84 C-T-2 ,5'C T3 77 C-T-1 74 C-T-2 ,5 C T6 77 C-T-1 74 C-T-2 ,5 C T8 77 C-T-1 73 C-T-2 C T9 78 C-T-1 77 C-T-2 77,5 C 2503 840 Lorsque le même appareil de chauffage ayant une surface réfléchissante mais n'ayant pas de fibres de verre a été testé, la température moyenne était de 750C, ce qui donne une différence de température avec l'appareil de chauffage non réfléchissant de 60C. Dans chaque exemple, le réflecteur était une feuille d'aluminium. Pour confirmer davantage ces résultats, des essais ont été conduits avec un potentiomètre classique du type "Simpson 389-3-L". L'un des conducteurs mesurait la température ambiante tandis que les deux autres conducteurs étaient reliés à des capteurs plats noirs suspendus précisément sous chacun des deux types d'appa- reils de chauffage, l'un étant l'élément classique et l'autre étant un élément représentant la présente inven- tion. L'appareil classique a eu une élévation de tempéra- ture de 19,550C, prise à l'avant, mais l'appareil ayant une surface réfléchissante selon la présente invention a eu une augmentation de 22, 090C, ce qui correspond à peu près à une augmentation de 13 %. Si on applique les données du tableau ci-dessus et qu'on soustrait la tempé- rature ambiante, on note que la différence de température de 80C correspond à une réduction d'environ 15 % du rayonnement arrière. Ceci est en rapport avec l'accroisse- ment de 13 % du rayonnement frontal mentionné ci-dessus. Il ne faut pas négliger le fait que l'utilisa- teur habituel d'un appareil de chauffage impliquant le procédé et les éléments d'appareil de la présente inven- tion n'a pas besoin d'un entraînement supplémentaire car il utilise les mêmes commandes, le même appareillage et les mêmes sources de gaz que pour les appareils de chauffage catalytique non modifiés de l'art antérieur. La seule modification nécessaire pour cet utilisateur de l'appareil de chauffage consiste à calculer la réduction de la capacité de l'appareil requise pour une applica- tion donnée à cause de l'efficacité plus élevée du rayonnement depuis la partie frontale de l'appareil jus- que vers la cible visée. 2503 842 Bien que certaines formes de réalisation parti- culières de la présente invention soient illustrées et décrites de façon complète, la présente invention n'est pas limitée aux détails indiqués mais au contraire toutes les modifications de nature équivalente sont comprises dans la présente invention. 2503 842 REVENDICATIONS 1. Appareil de chauffage catalytique, caractérisé en ce qu'il comprend un châssis (11) ayant des parois latérales et une paroi arrière (19), un lit catalytique (15, 16) fixé aux parois latérales à une certaine distance de la paroi arrière. (19) et définissant une chambre de remplissage (20) entre les parois, un dispositif (22) de répartition du gaz se trouvant dans ladite chambre (20), et un dispositif réfléchissant la chaleur (25) se trouvant entre la partie interne de la paroi arrière (19) et le lit catalytique (15, 16), le dispositif réfléchissant la chaleur (25) réduisant la température de la partie externe de la paroi arrière (19) et accroissant la tempé- rature à l'extérieur du lit catalytique (15, 16), par comparaison avec un appareil de chauffage catalytique du même type n'ayant pas le dispositif réfléchissant la chaleur. 2. Appareil de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif réfléchissant (25) est constitué par la surface interne polie de ladite paroi arrière (19). 3. Appareil de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif réfléchissant la chaleur (25) est un élément séparé se trouvant entre la partie interne de la paroi arrière (19) et le lit cata- lytique (15, 16). 4. Appareil de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif réfléchissant la chaleur (25) est constitué par une feuille d'aluminium dont la face polie est opposée au lit catalytique (15, 16). 5. Appareil de chauffage selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu'une couche isolante est placée entre le dispositif réfléchis- sant la chaleur (25) et la surface interne de la paroi arrière (19). 6. Procédé pour accroître le rayonnement thermi- que frontal d'un appareil de chauffage catalytique, comprenant un châssis avec des parois latérales et un lit 2503 84? catalytique fixé aux parois latérales et définissant une chambre de remplissage entre la paroi arrière et le lit catalytique, ainsi qu'un dispositif pour répartir du gaz à l'intérieur de ladite chambre, procédé caractérisé en ce qu'on introduit une surface réfléchissant la chaleur entre la paroi arrière du châssis et le lit catalytique, de telle façon que davantage de chaleur soit rayonnée depuis la partie avant du lit catalytiqueque de l'arrière de la paroi postérieure du châssis, par comparaison avec le même appareil de chauffage catalytique n'ayant pas une telle surface réfléchissant la chaleur. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'on introduit un élément indépendant ayant une surface réfléchissant la chaleur. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on introduit une couche isolante entre la sur- face réfléchissante et la partie interne de la paroi arrière du châssis. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on choisit une feuille d'aluminium pour consti- tuer la surface réfléchissant la chaleur, 10. Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 7, 8 ou 9, caractérisé en ce qu'on choisit une couche isolante qu'on place entre la surface réfléchissant la chaleur et la partie interne de la paroi arrière du châssis, ladite couche étant constituée de fibres de verre.