Brevet FR2590971A1 — publié le 19870605

FOUR D'ESSAI SOUS RAYONNEMENT La présente invention est relative à un four d'essai sous rayonnement. L'invention vise à faire subir à un produit que l'on place au centre du four, dans un élément récepteur, des variations de température pour vérifier ses propriétés physiques à la chaleur. Ce four peut s'appliquer dans divers domaines tels que la métallurgie pour des essais à la chaleur d'acier placé dans une éprouvette, l'alimen- taire en testant la résistance des peaux enveloppant les saucisses, ou des domaines nécessitant des expériences photochimiques. On connaît des fours de ce type comportant au moins un tube émetteur de rayonnement, des moyens de réception d'un produit à soumettre à l'essai à l'intérieur dudit four, et au moins un réflecteur associé audit tube émetteur, formant autour dudit tube émetteur une surface convexe réfléchissante propre à renvoyer, vers ledit produit, le rayonnement incident. Dans la plupart des cas, ces fours ont un pro blème d'élévation de température du réflecteur par le rayonnement primaire du tube émetteur. Le rayonnement primaire d'un tube émetteur, associé à un réflecteur, se disperse dans le four et vient frapper les autres réflecteurs qui s'échauffent, alors qu'il serait nécessaire que le rayonnement se concentre sur le produit à tester. L'énergie perdue par l'échauffement du réflecteur devrait être utilisée pour l'élévation de la température du produit. La dissipation d'énergie qui est réalisée sur le réflecteur dépend du rapport entre le rayonnement direct du tube émetteur et le rayonnement réfléchi du tube émetteur sur le réflecteur. La présente invention a donc pour but de pallier à ces inconvénients en incorporant à l'intérieur du réflecteur un bouclier qui vise à protéger le produit du rayonnement primaire et qui facilite ainsi un refroidissement du four. La présente invention consiste donc en un four d'essai de produit sous un rayonnement comportant au moins un tube émetteur de rayonnement, des moyens de réception d'un produit à soumettre à l'essai, et au moins un réflecteur associé audit tube émetteur, formant autour dudit tube émetteur une surface convexe réfléchissante, propre à renvoyer vers ledit produit, le rayonnement incident qu'elle reçoit du tube émetteur, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un bouclier interposé sur le trajet du rayonnement direct, entre ledit tube émetteur et ledit produit. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le réflecteur possède une section de forme elliptique comportant un premier foyer où est placé le produit, un deuxième foyer où est placé le produit, le bouclier étant placé sur l'axe focal, entre les deux foyers de l'ellipse. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le four comporte au moins deux tubes émetteurs et deux réflecteurs de forme elliptique respectivement associés audit tube émetteur, ayant un foyer en commun où est placé ledit produit. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le bouclier comporte une face masquante supprimant le rayonnement direct sur le produit, et deux faces raidisseuses reliées, en une de leurs arêtes verticales, à la face masquante, orientées dans une direction correspondant au rayon limite direct du tube émetteur sur le produit. Par cette forme particulière du bouclier, on évite que le rayonnement direct du tube émetteur ne vienne frapper le produit, le bouclier servant de masque à ce rayonnement direct. Suivant une autre caractéristique de l'invention, une circulation d'air refroidissant est réalisée sur la face non réfléchissante du réflecteur elliptique et à l'intérieur du volume délimité par la face masquante et les faces raidisseuses du bouclier. Cette circulation d'air sur la face externe non réfléchissante du réflecteur vise à un refroidissement du système qui, sans cette circulation d'air, verrait la température du réflecteur s'élever rapidement. Le bouclier, qui est positionné sur le trajet des rayons directs du tube émetteur, risque également de voir sa température s'élever trop rapidement. On pallie à cet inconvenient en réalisant une circulation d'air refroidissant à l'intérieur du bouclier. Selon une autre caractéristique de l'invention, le bouclier comporte une lentille biconvexe ayant une surface d'entrée et une surface de sortie du rayonnement du tube émetteur, la surface d'entrée recevant le rayonnement direct des tubes émetteurs sur le produit et ladite surface de sortie focalisant ledit rayonnement sur le produit. On décrira maintenant plus en détail une forme de réalisation particulière de l'invention qui en fera mieux comprendre les caractéristiques essentielles et les avantages, étant entendu toutefois que cette forme de réalisation est choisie à titre d'exemple et qu'elle n1 est nullement limitative.Sa description est illustree par les dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue en perspective d'un four suivant l'invention - la figure 2 est une vue en perspective de la partie intérieure fixe du four - la figure 3 est une vue de la section du four av un premier type de réalisation du bouclier interne - la figure 4 est une vue de la section du four avec une variante du bouclier interne - la figure 5 est une vue de la section du four avec une lentille biconvexe en tant que bouclier - - la figure 6 est une vue de la section du four à six réflecteurs paraboliques. Sur la figure 1, on a représenté le four suivant l'invention dans sa position de fonctionnement. Le four est enveloppé dans un bottier. Il comporte une partie fixe 1 et une partie mobile 2, cette partie mobile pouvant être dégagée de la partie fixe à l'aide d'une poignée de préhension 3. Sur les faces latérales du bottier du four sont ménagées deux ouvertures verticales 4,4' servant à évacuer l'air réchauffé. De même, sur la face supérieure du boitier est réalisé un orifice circulaire 5 d'aération. La figure 2 montre l'intérieur de la partie fixe 1. A chaque extrémité de cette partie fixe sont disposés des tubes émetteurs 10 et 11. Ces tubes sont constitués par des lampes fixées au bottier du four par l'intermédiaire de supports 12. Au centre de la partie fixe, le produit à tester est maintenu de manière à constituer le point central et est placé dans un élément récepteur 13. Aux extrémités de l'élément récepteur 13 sont ménagées des pièces de centrage 14,17 qui visent à faciliter l'introduction et le centrage du produit et à le maintenir dans une direction verticale, lorsque celui-ci est en place dans l'élément récepteur du four. Dans le cas précis du test de matériaux sous grande puissance, l'éprouvette est placée dans un tube à quartz récepteur (13). Le quartz est transparent pour de courtes longueurs d'ondes. L'éprouvette sera alors maintenue à l'intérieur de ce tube récepteur (13) dans une position verticale rectiligne parallèle aux tubes émetteurs. Dans la suite de la description, on explicitera le type de réalisation du four dans le cas d'une éprouvette placée dans le tube récepteur central, mais toutes les explications seront valables dans le cas où on remplace le tube par un produit quelconque à tester, placé dans un positionnement identique. Entre le tube émetteur 10,11 et le tube récepteur 13 est placé un bouclier 15,16 visant à masquer le rayonnement direct du tube émetteur sur le tube récepteur. A l'arrière du tube émetteur, du bouclier et du tube récepteur se trouve un réflecteur qui possède une forme de demi-ellipse dont les deux foyers correspondent au tube émetteur et au tube récepteur. Un tel type de réflecteur est disposé derrière les deux tubes émetteurs correspondant à un foyer de l'ellipse, le second foyer de chaque demi-ellipse correspond au tube récepteur. Les pièces de centrage 14,17 possèdent un diamètre suffisant pour permettre l'introduction de l'éprou- vette ; mais la partie supérieure de la pièce de centrage n'est pas en contact avec la partie supérieure du bottier du four. En effet, il existe sur toute la partie supérieure du four un espace de circulation et de diffusion d'air refroidissant. Dans la partie supérieure du boitier, au niveau de l'espace de circulation d'air refroidissant, est ménagé un orifice 20 d'évacuation d'air chaud. Cet orifice 20 est réalisé dans la face extérieure du bottier du four, et plus particulièrement dans sa partie supérieure. Un système de plots aimantés 21 est prévu pour pouvoir relier la partie fixe 1 à la partie mobile 2. Le bouclier interne est constitué par un profilé comportant trois faces. Une face masquante 22, située à proximité du tube émetteur, possède une largeur suffi- sante de manière à empêcher le rayonnement du tube émetteur par des rayons directs sur le tube récepteur. Le bouclier comporte également deux faces raidisseuses 23,24, reliées à la face masquante par une de leurs arêtes verticales, leur deuxième arête verticale étant libre et orientée dans une direction correspondant au rayon limite du tube émetteur sur le tube récepteur. Les trois faces du bouclier réalisent un volume dont la partie supérieure est ouverte et en correspondance avec l'espace de circulation d'air de refroidissement situé dans la partie supérieure du boîtier.Ainsi l'air refroidissant, envoyé par le trou de passage 25, se déplace dans la partie supérieure du four et vient, par l'intermédiaire de l'ouverture supérieure du bouclier interne, refroidir les parois de celui-ci à l'intérieur du volume de rayonnement. Sur la figure 4 on voit plus particulièrement une section du four lorsque la partie fixe 1 et la partie mobile 2 sont rassemblées. Dans cette position rassemblée, le four étant en fonctionnement, les réflecteurs de la partie fixe 18,19 viennent donc en- contact avec les réflecteurs de la partie mobile 28,29 pour réaliser deux réflecteurs de forme elliptique dont l'un des foyers communs correspond au tube récepteur 13 et dont les deux autres foyers correspondent aux deux tubes émetteurs 10 et 11. Les deux boucliers internes 15,16 sont donc placés à l'intérieur du volume de rayonnement de manière à masquer le rayonnement direct des tubes émetteurs 10 et 11 sur le tube récepteur 13.Les deux boucliers internes 15 et 16 ont leurs faces raidisseuses 23,24,23'24' orientées dans une direction telle, que le rayonnement direct du tube émetteur ne peut atteindre le tube récepteur. Les deux faces raidisseuses sont planes et permettent au bouclier interne d'être facilement maintenu sur le boîtier du four. Entre la paroi non réfléchissante du réflecteur et la paroi du boîtier sont disposés des déflecteurs 36, 37, 38, 39 visant à canaliser la circulation d'air prove nant de la partie supérieure du boîtier autour des deux réflecteurs pour le refroidissement du système. Ces déflecteurs sont orientés sur les parties extrêmes du boîtier. du four de manière à orienter la circulation d'air vers les ouvertures 4 et 4' ménagées aux deux extrémités du boîtier. La réalisation de la face masquante du bouclier interne peut être faite de diverses manières. Selon la figure 3, cette face masquante selon une réalisation la plus économique peut être constituée par une simple plaque plane 22, reliée sur chacune de ses arêtes verticales aux deux faces raidisseuses. Mais cette réalisation à l'inconvénient de réfléchir le rayonnement du tube émetteur sur lui-même et ainsi de constituer un danger de surchauffe pour ee tube émetteur. Selon la figure 4, la face masquante peut être réalisée par une plaque courbée, la partie concave étant orientée du côté du tube émetteur. Cette réalisation à l'avantage d'éviter un réfléchissement total du rayonnement émis sur le tube émetteur, une partie seulement des rayons est renvoyée, ce qui évite un danger d'échauffement. Selon la figure 5, la face masquante peut être réalisée par une lentille biconvexe ayant une longueur proche de la longueur des tubes émetteurs et placée de manière à recevoir totalement le rayonnement direct des tubes émetteurs sur le tube récepteur. Les rayons émis par les tubes émetteurs dans une direction correspondant aux rayons directs sur le tube récepteur, sont interceptés et au lieu de se dispercer dans le réflecteur opposé, réalisant ainsi une surchauffe, ces rayons sont focalisés sur le tube récepteur, grâce aux propriétés physiques des lentilles biconvexes. Sur la figure 6, il est possible de réaliser une variante du four utilisant non plus des réflecteurs de section elliptique, mais de section parabolique. Les réflecteurs paraboliques peuvent être nombreux, permettant ainsi une surface centrale de test plus importante. Dans le. cas présis où on utilise six réflecteurs 41, 42, 43, 44, 45, 46, chaque extrémité de ces réflecteurs est reliée à une extrémité du réflecteur voisin. Les boucliers 41', 42', 43', 44', 45', 46', sont placés à une distance du tube émetteur telle qu'ils empêchent le rayonnement direct du tube sur la partie centrale 50 du four où on place le produit à soumettre au rayonnement. Les six réflecteurs sont constitués de deux parties non jointes au sommet de la parabole, un interstice 51, 52, 53, 54, 55, 56 existant entre ces parties. Sur la partie externe du four sera disposé un second bouclier 61, 62, 63, 64, 65, 65 > 66 visant à supprimer les pertes de rayonne- ment par cet interstice vers l'arrière. Ces réflecteurs, munis d'une ouverture sur le sommet de la parabole, ont l'avantage de permettre des déformations thermiques importantes. Naturellement l'invention n'est en rien limitée par les particularités qui ont été spécifiées dans ce qui précède ou par les détails de modes de réalisation particuliers choisis pour illustrer l'invention. Toutes sortes de variantes peuvent être apportées aux réalisations particulières qui ont été décrites à titre d'exemples et à leurs éléments constitutifs sans sortir pour autant du cadre de l'invention. Cette- dernière englobe ainsi tous les moyens constituants les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leur combinaison. REVENDICATIONS 1. Four d'essai sous rayonnement comportant au moins un tube émetteur de rayonnement (10,11), un produit à tester ou élément récepteur (13), et au moins un réflecteur (18,28 ; 19,29) associé audit tube émetteur (10,11) formant autour dudit produit une surface convexe réfléchissante, propre à renvoyer vers ledit produit, le rayonnement incident qu'il reçoit du tube émetteur, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un bouclier (15,16) interposé sur le trajet du rayonnement direct entre ledit tube émetteur (10,11) et ledit produit (13). 2. Four selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réflecteur (18,28 ; 19,29) possède une section de forme elliptique, comportant un premier foyer où est placé le tube émetteur (10,11), un deuxième foyer où est placé le produit, le bouclier (15,16) étant placé sur l'axe focal entre les deux foyers de l'ellipse. 3. Four selon la revendication 2, caractérisé en ce que le four comporte au moins deux tubes émetteurs et deux réflecteurs de forme elliptique respectivement associés auxdits tubes émetteurs, ayant un foyer en commun où est placé le produit. 4. Four selon la revendication 3, caractérisé en ce que le bouclier comporte une face masquante supprimant le rayonnement direct sur le produit et deux faces raidisseuses reliées en une de leurs arêtes verticales à la face masquante orientée dans une direction correspondant aux rayons limites directs du tube émetteur sur le produit. 5. Four selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une circulation d'air refroidissant est réalisée sur la face non réfléchissante du réflecteur elliptique et à l'intérieur du volume délimité par la face masquante et les faces raidisseuses du bouclier. 6. Four selon la revendication 5, caractérisé en ce que les réflecteurs sont placés à l'intérieur d'un boîtier comportant des orifices d'entrée de l'air refroidissant ainsi que des orifices d'évacuation d'air. 7. Four selon la revendication 6, caractérisé en ce que les orifices d'évacuation sont situés sur des faces latérales du boîtier proches des tubes émetteurs et du produit. 8. Four selon la revendication 7, caractérisé en ce que le boîtier et les réflecteurs sont constitués de deux parties emboîtables symétriques par rapport à l'axe focal des foyers des ellipses, l'une des parties supportant le tube émetteur et le produit. 9. Four selon la revendication 8, caractérisé en ce que la face masquante est plane. 10. Four selon la revendication 8, caractérisé en ce que la face masquante est courbe. 11. Four selon la revendication 10, caractérisé en ce que le boîtier comporte un orifice d'introduction du produit sur la face supérieure. 12. Four selon la revendication 3, caractérisé en ce que le bouclier comporte une lentille biconvexe ayant une surface d'entrée et une surface de sortie de rayonnement du tube émetteur, ladite surface d'entrée recevant le rayonnement direct des tubes émetteurs sur le produit, et ladite surface de sortie focalisant ledit rayonnement sur le produit. 13. Four selon la revendication 3, caractérisé en ce que le réflecteur possède une section de forme parabolique. 14. Four selon la revendication 13, caractérisé en ce que le four comporte au moins six réflecteurs paraboliques dont une extrémité libre est reliée à une extrémité libre d'un autre réflecteur, le produit étant placé au centre du four, et les boucliers associés à chaque réflecteur masquant le rayonnement direct de l'émetteur associé au réflecteur sur le produit.