Brevet FR2653536A1 — publié le 19910426

La présente invention concerne le domaine technique général des dispositifs de chauffage pour bâtiments du type industriel et vise, plus particulièrement, les dispositifs de chauffage à gaz du type à tubes radiants. Les appareils à tubes radiants sont communément utilisés pour le chauffage des bâtiments industriels et commerciaux et sont, la plupart du temps, suspendus à une certaine hauteur dans le bâtiment considéré. Ils peuvent, également, être maintenus en place contre des éléments de cloisons ou analogues. Ces dispositifs, qui émettent un rayonnement infra-rouge à basse température, sont utilisés pour réaliser un chauffage global et par zones. On connait un premier type d'installations comprenant un circuit de chauffage unique, en général monotube, de forme et de dimension adaptées à la conformation et au volume de l'espace à chauffer. Ces installations, dont la largeur peut être importante, de L'ordre de 30 mètres, nécessitent, en raison même de leur longueur, la présence de plusieurs unités de chauffage, comprenant au moins un brûleur, réparties le long du circuit de chauffage, afin de maintenir une émission de température aussi homogène que possible dans le local. Un extracteur est monté en bout de circuit et assure la circulation du gaz de combustion, ainsi que la qualité de celle-ci.Ces installations se révèlent être d'une mise en place délicate, en raison de leur complexité d'installation, puisqu'elles ne sont pas démontables, et de leur specificité, ces installations n'étant, en effet, pas de type standard elles ne permettent pas, en outre, de moduler la température le long du circuit de chauffage. Pour remédier à ces inconvénients, il a été proposé de réaliser des installations de chauffage à tubes radiants comprenant plusieurs unités individuelles de chauffage réparties plus ou moins régulièrement dans l'ensemble du bâtiment à chauffer. Chaque unité comprend un bloc principal comprenant le brûleur à gaz et un extracteur comprenant une turbine d'extraction. Le brûleur est relié au bloc d'extraction, par l'intermédiaire d'un tube résistant aux hautes températures et qui constitue le tube radiant proprement dit. Ce dernier peut s'étendre sur une longueur allant jusqu'à 6 mètres et forme un circuit en "U" entre le brûleur et la turbine d'extraction. Le dispositif de chauffage comprend, généralement, en outre, un carter de réflexion, de section transversale en "U", disposé au-dessus du circuit des tubes radiants et recouvrant latéralement ces derniers.Le dispositif est complété par un ensemble de rigidification du dispositif et par des systèmes de fixation et de suspension de L'unité de chauffage. La présence de plusieurs unités de chauffage individuelles permet un contrôle de la température d'ambiance et une modulation de la température dans des zones privilégiées du local à chauffer. La taille limitée de ces unités individuelles facilite, par ailleurs, l'implantation générale du dispositif. Le fonctionnement de ce genre d'installations, s'il est généralement considéré comme satisfaisant, présente certains inconvénients. En premier lieu, il convient de mentionner les difficultés posées lorsqu'il s'avère souhaitable d'allonger le circuit de chauffage, par l'assemblage d'une ou de plusieurs portions de tube modulaire. Ces dispositifs sont, en effet, conçus pour une longueur déterminée, de L'ordre de 8 à 10 mètres, et l'allongement du circuit de chauffage nécessite, corrélativement, une augmentation de la puissance du brûleur. Ces modifications conduisent, malgré la présence d'une unité d'extraction, à une température du tube très élevée, de l'ordre de 6000 C à proximité du brûleur, c'est-à-dire le long de la partie du tube léchée par la flamme du brûleur. L'homogénéité de température, le long du tube radiant, n'est ainsi plus assurée, ce qui nuit, bien évidemment, aux performances thermiques globales du dispositif et influence négativement le rendement de l'appareil. Cet inconvénient se retrouve, également, dans le premier type d'appareil cité précédemment. Le confort de L'utilisateur est, en outre, affecté, puisque la température du local est alors hétérogène. Par ailLeurs, il s'avère difficile d'augmenter, dans de fortes proportions, l'émission de chaleur du dispositif, dans la mesure ou L'augmentation de puissance du brûleur se traduit toujours par une élévation de température hétérogène te long du tube et provoque une variation de la longueur d'onde infrarouge. L'objet de la présente invention vise à remédier aux inconvénients des dispositifs précédemment décrits et à réaliser un dispositif de chauffage dans lequel la température, le long de tout le circuit constitué par les tubes radiants, est aussi homogène que possible. Un autre objet de L'invention consiste à réaliser un dispositif de chauffage à tubes radiants qui évite une trop forte température du tube à proximité du brûleur et qui permette un allongement de la flamme du brûleur. Un autre objet de L'invention consiste à proposer un dispositif de chauffage à tubes radiants au rendement thermique amélioré. Un autre objet de L'invention consiste à réaliser un dispositif de chauffage à tubes radiants dans lequel L'émission globale du rayonnement de chaLeur, par les tubes radiants, est améliorée. Ces objectifs sont atteints grâce à un dispositif de chauffage à tubes radiants, du type destiné à être suspendus ou fixés en hauteur dans un bâtiment contenant au moins un tube radiant associé par une extrémité à un bloc brûleur à gaz émettant une flamme, caractérisé en ce que l'intérieur du tube radiant est garni, à partir de son extrémité associée au bloc brûleur, d'au moins un module en forme de chemise creuse, s'étendant sur une portion de longueur du tube radiant, tapissant la surface interne du tube et apte à modifier la section interne du tube radiant. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de L'invention. La fig. 1 montre une vue généra le en perspective d'un dispositif de chauffage à tubes radiants muni d'un carter isolant de réflexion. Les fig. 2 et 3 montrent des vues selon une coupe longitudinale d'une portion du tube radiant associée au brûleur. Les fig 4 et 5 représentent des coupes transversales du tube radiant, prises, respectivement, selon les lignes IV-IV de la fig. 2 et V-V de la fig. 3. Les fig. 6 et 7 représentent des coupes transversales du tube radiant illustrant deux modes différents de réalisation. La fig. 8 montre une vue en perspective et selon une coupe transversale d'une unité de chauffage selon L'invention, dans laquelle les tubes sont isolés L'un de L'autre, au moins en partie. La fig. 9 montre une vue de dessus de L'extrémité d'un circuit de chauffage selon L'invention. Les fig 10 et 11 montrent, respectivement, une vue en perspective et une vue en coupe transversale d'organes de raccordement interposés entre deux tubes radiants. La fig. 1 représente, en vue éclatée, une unité de chauffage 1 constituée d'un ensemble de chauffage 2 proprement dit et d'un carter isolant et réflecteur 3. L'ensemble de chauffage 2 comprend un boîtier principal 4 dans lequel sont disposés les différents éléments nécessaires à la commande de L'unité de chauffage 1, à savoir, par exemple, les circuits électroniques de commande et de régulation, les électrovannes de sécurité, les systèmes d'allumage et de contrôle. Le boîtier principal 4 se prolonge par deux capotages distincts formant un bloc brûleur 5 et un bloc extracteur 6 contenant, respectivement, le brûleur proprement dit 7 et une turbine d'extraction munie de son moteur dientraînement. Le bloc brûleur 5 et le bloc extracteur 6 sont en relation par L'intermédiaire d'un circuit fermé constitué d'un élément tubulaire formant l'organe de rayonnement. Dans l'exemple, représenté à la fig. 1, l'organe de rayonnement forme un circuit en "U" composé de plusieurs éléments tubulaires 81 82, 83, 91, 92 93 s'étendant dans des plans sensiblement parallèles et reliés, respectivement, par l'une de leurs extrémités, au bloc brûleur 5 et au bloc extracteur 6. Ces différents éléments tubulaires sont reliés entre eux ou posés bout à bout pour constituer L'ensemble de rayonnement composé des tubes radiants 8, 9. L'ensemble de rayonnement peut, bien évidemment, n'être composé que d'un nombre limité d'éléments tubulaires 8, 9 et, au minimum, deux suffisent.Les extrémités des tubes radiants 83 et 93 sont reliées entre elles par L'intermédiaire d'un coude 10. Dans l'exemple représenté à la fig. 1, les tubes radiants sont rectilignes et cylindriques, mais il est bien évident que des tubes de sections diverses peuvent être utilisés et que la forme du circuit peut également varier. Il est, également, possible d'envisager de réaliser un dispositif de chauffage sans circuit d'extraction. Les tubes radiants 8 et 9 sont, d'une manière connue de l'homme de l'art, réalisés dans un matériau particulièrement résistant aux hautes températures. Les tubes radiants 8 et 9 sont recouverts, sur toute leur longueur, par le carter isolant et réflecteur 3, qui peut être réalisé en plusieurs éléments 31 32 33 correspondant aux différents élements tubulaires qui composent les tubes radiants 8, 9. Le carter 3 présente, par ailleurs, une section transversale en "U" comprenant une face supérieure 3a et deux faces latérales 3b, 3c. Le carter isolant et réflecteur 3 s'étend selon un axe de même direction que les axes longitudinaux A, A' des tubes 8 et 9 et est pourvu, à l'une de ses extrémités,d'une paroi de fermeture 3d. Le carter isolant et réflecteur 3 est destiné à être posé en appui contre le boîtier principal 4 ou contre le bloc brûleur 5 et le bloc extracteur 6, d'un côté, et également, de préférence, contre une butée 12 disposée sur Le coude 10, d'un autre côté.Le carter isolant et réflecteur 3 assure, ainsi, un enrobage partiel des tubes radiants 8, 9 apte à favoriser une diffusion privilégiée vers le bas des rayonnements infra-rouges. Dans le cas d'utilisation des unités de chauffage 1 en tant que dispositifs de chauffage suspendu, il est prévu d'équiper les tubes radiants à l'aide de colliers de suspension 13 enserrant les tubes radiants 8 et 9. Il est alors nécessaire de prévoir, par exempLe, en combinaison avec les colliers 13, des barrettes 14 de support fixées sous les colliers 13 et disposées sous les tubes 8, 9. L'unité de chauffage 1 est suspendue par un dispositif de suspension 14 incluant, par exempLe, un filin relié à une broche de support fixée directement sur le carter isolant et réflecteur 3. L'intérieur du tube radiant 8, en relation directe avec le brûleur 7, est garni, à partir de son extrémité associée avec le brûleur 7, d'un module 15 en forme de chemise creuse. Ce manchon tapisse la surface intérieure du tube 8 et peut s'étendre sur une portion de longueur variable. Le module 15 s'étend, préférentiellement, sur une longueur sensiblement équivalente à la longueur d'extension de la flamme 16 du brûleur 7. Le module 15 peut, bien évidemment, avoir une longueur supérieure ou inférieure à la longueur de la flamme 16. Le module 15 se présente sous la forme d'une chemise creuse s'adaptant exactement aux dimensions et à la conformation de La section interne du tube radiant 8 et comportant une épaisseur délimitant un conduit interne 17 au module 15. Le garnissage de l'intérieur du tube radiant 8 par le module 15 conduit donc à une modification de la section interne du tube 8 sur la portion de longueur correspondant sensiblement à la longueur de la flamme 16. La fig. 2 montre un premier exemple de réalisation dans lequel le module 15 est constitué d'une pluralité de modules réducteurs de sections. Sur une première portion de sa longueur, correspondant à la partie la plus proche du brûleur 7, le tube radiant 8 est garni de trois modules, respectivement 151, 152, 153, concentriques et coaxiaux, emboîtés respectivement les uns dans les autres, comme illustré à la fig. 4. La portion de tube 8, adjacente à la portion précédemment définie, est garnie de deux modules, respectivement 154, 155 concentriques et emboîtés l'un dans l'autre. Cette deuxième série 154, 155 est en position de jonction bout à bout avec la première série 151, 152, 153 de moduLes.Un module de garnissage supplémentaire 156 peut être disposé à l'intérieur du tube 8, à la suite et de manière jointive, avec la seconde série 154, 155 des modules. On obtient, de cette manière, un ensemble ininterrompu de modules qui, par le biais des emboîtements et des jonctions successives, conduisent à une augmentation progressive de la section interne du tube radiant 8, par l'intermédiaire de l'augmentation de section du canal interne 17 au module 15. Les modules de réduction sont, généralement, réalisés en un matériau en fibres de céramique et peuvent être emboîtés en force par exemple. La fig. 3 illustre un second mode de réalisation dans lequel le module de réduction 15 est constitué d'une chemise unique dont la variation d'épaisseur est prévue de manière telle que le canal interne 17 au module 15 augmente progressivement de manière continue. La section interne du tube radiant 8 est donc également modifiée dans un sens d'augmentation le long de la portion du tube radiant 8 léchée par la flamme 16 du brûleur 7. Les fig. 6 et 7 montrent d'autres variantes de réalisation entrant dans le cadre de la présente invention. Il est ainsi possible de réaliser des modules de réduction 15 dont le canal interne 17, délimité par L'épaisseur du module 15, est décentré par rapport à l'axe longitudinal du module en forme de manchon. Dans L'exemple montré à titre indicatif, l'axe longitudinal M du manchon 15 est situé à un niveau inférieur par rapport à l'axe central longitudinal A du tube 8, pour créer ainsi une isolation différentielle du tube 8 provoquant, dans le cas montré à titre indicatif à la fig. 6, une sur-isolation de la partie supérieure du tube 8. D'autres configurations sont envisageables. On obtient, de cette façon,une section interne du tube radiant, de diamètre réduit et dont le positionnement, à l'intérieur du tube, peut être contrôlé.Il est, également, envisageable, de faire varier la conformation du canal interne 17 qui peut prendre une section de forme cylindrique, carrée, triangulaire, hexagonale ou en losange par exemple. IL est, bien évidemment, possible de combiner une forme spécifique avec une position excentrée du canal 17., afin d'isoler plus ou moins une partie du tube. La présence de modules réducteurs de la section interne de la chambre de combustion, dans la zone léchée par la flamme du brûleur, permet un contrôle de la température dans la portion du tube radiant 8 soumise à la température la plus élevée. Grâce à l'augmentation progressive de ld section interne de la chambre de combustion, la température du tube peut être maintenue à une température généralement inférieure à 4000 C sur la surface extérieure du tube. Par aiLleurs, L'augmentation croissante de la section interne de la chambre de combustion provoque un effet de Venturi induisant un étirement supplémentaire de la flamme. Cet effet de Venturi crée un facteur supplémentaire influençant positivement L'homogénéisation de la température dans le tube radiant. La fig. 8 illustre une configuration particulière du dispositif de chauffage. Le carter isolant et réflecteur 3 est constitué d'un matériau isolant 18 pris en sandwich entre les deux tôles constituant le carter isolant et réflecteur 3. Il est également possible, comme le montre la fig 8, de munir le carter isolant et réflecteur 3 d'une paroi de séparation 19 s'étendant dans le sens longitudinal du carter isolant 3, entre les deux tubes radiants 8 et 9. Cette paroi 19, dont la fonction est d'éviter ou de réduire le rayonnement mutuel des tubes radiants 8 et 9, peut s'étendre sur une hauteur de séparation équivalente à la hauteur hors tout des tubes radiants 8 et 9 ou, au contraire, comme représenté dans L'exemple de la fig 8, La paroi 19 peut étendre sur une hauteur telle qu'elle intercepte partiellement le rayonnement de chacun des tubes 8, 9 et, par exemple, la moitié. Dans ce dernier cas, la paroi 19 s'étend sensiblement depuis la face supérieure 3a du carter isolant et réflecteur 3, jusqu'aux axes centraux et longitudinaux A, A' de chacun des deux tubes radiants 8 et 9. La paroi 19 est, bien évidemment, de préférence parallèle aux deux autres faces 3b et 3c du carter isolant 3. La demi-circonférence inférieure de chacun des tubes radiants 8 et 9 est, avantageusement, recouverte d'un matériau 21 apte à favoriser la diffusion thermique des tubes. Il peut s'agir, par exemple, d'un revêtement à base de peinture propre à conférer, à la demi-circonférence inférieure, le comportement particulier d'un corps noir. Cette proposition, qui laisse le tube aluminé sans aucun revêtement dans sa demi-circonférence supérieure, présente l'avantage de favoriser L'émissivité thermique dans la partie inférieure de chacun des tubes, tandis que l'émissivité thermique dans la partie supérieure est aussi réduite que possible.Cette disposition assure, en conséquence, une amélioration non négligeable du rendement global de l'appareil, en privilégiant le rayonnement direct au détriment du rayonnement indirect soumis, par ailLeurs, à un effet de refroidissement dû à son trajet dans l'air. La fig. 9 montre que, dans le cas particuLier et préférentiel d'utilisation d'un circuit radiant en forme de "U", les tubes 8 et 9 sont reliés entre eux à L'aide d'un coude souple 10. Par ce biais, la dilatation de L'ensemble de l'appareillage peut s'exercer librement, ce qui contribue à soulager la structure même de l'ensemble du dispositif et augmente la durée de vie, sinon du dispositif dans son ensemble, du moins de certaines pièces. La fig. 10 illustre un mode de réalisation selon l'invention, utilisé lorsque la longueur du circuit des tubes radiants doit être augmentée. Il est alors prévu d'insérer, à l'intérieur des tubes radiants 8, 9, un manchon de raccordement 22 creux qui présente donc une forme complémentaire à celle des tubes 8, 9, au jeu de montage et d'emboitement prés. Dans l'exemple représenté, les tubes étant cylindriques, le manchon 22 est, également, cylindrique et il comporte, sensiblement dans une zone centrale, un anneau extérieur 23 délimitant deux demi-cylindres d'emboitement 22a et 22b. L'anneau extérieur 23 forme une protubérance par rapport à l'enveloppe externe du manchon 22 et constitue une butée contre laquelle viennent s'appuyer les sections transversales de chacun des tubes 8, 9. Il est ainsi possible, grâce à l'interposition des manchons 22, d'allonger le circuit de chauffage et de le rendre compatible avec la puissance du brûleur, lorsque celui-ci a été modifié. Il est, naturellement, possible d'incorporer plusieurs modules supplémentaires de tubes. On dispose ainsi, à L'aide des modules réducteurs de section et des manchons de raccordement, de moyens particulièrement simples à mettre en oeuvre et fiables, permettant une émission de chaleur homogène le long du tube et une modification du circuit de chauffage. Il est alors particulièrement commode de modifier une installation existante. On peut, également, prévoir d'utiliser des tubes radiants 8 ou 9 pourvus, à leurs extrémités de raccordement, de collets rabattus 24 (fig. 11), ces tubes étant alors reliés entre eux à ces mêmes extrémités au moyen d'un collier de liai son 25 apte à enserrer et entourer les collets rabattus 24 de deux tubes adjacents pour assurer leur raccordement étanche. L'interposition d'un coude flexible 10, entre les tubes 8 et 9, est alors nécessaire pour prendre en compte ta dilatation de L'ensemble. L'ensemble des propositions techniques, divulguées dans la présente invention, permet, également, de réaliser un dispositif de chauffage à tubes radiants dans lequel les variations de température le long de l'ensemble du circuit des tubes radiants sont minimisées, tandis que le contrôle de La température et des zones d'émissions thermiques est amélioré. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS : 1 - Dispositif de chauffage à tubes radiants, du type destiné à être suspendu ou fixé en hauteur dans un bâtiment, comprenant au moins un tube radiant (8, 9) associé, par une extrémité, à un bloc brûleur (5) à gaz, émettant une flamme (16), caractérisé en ce que l'intérieur du tube radiant (8, 9) est garni, à partir de son extrémité associée au bloc brûleur (5), d'au moins un module (15) en forme de chemise creuse s'étendant sur une portion de longueur du tube radiant (8), tapissant la surface interne du tube (8) et apte à modifier la section interne du tube radiant (8). 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module (15) s'étend sur une longueur correspondant à la longueur de la flamme (16) émise par le bloc brûleur (5). 3 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le module (15) possède une conformation destinée à augmenter progressivement la section interne du tube radiant (8, 9), à partir de son extrémité associée au brûleur (5). 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que L'augmentation de la section est continue. 5 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que L'augmentation de la section est discontinue. 6 - Dispositif selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le module (15), en forme de chemise, comprend au moins deux chemises stemboitant L'une dans L'autre. 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le module (15) comprend au moins deux séries de chemises en position de jonction bout à bout dans le tube (8). 8 - Dispositif selon L'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que Les tubes (8, 9) et les chemises (15) sont cylindriques et coaxiaux. 9 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les chemises sont réalisées en fibre de céramique moulée. 10 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte deux tubes radiants (8, 9) parallèles disposés en épingle et reliés à leurs extrémités par un coude souple (10). Il - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tubes radiants (8, 9) sont recouverts extérieurement; sur leur demi-circonférence inférieure, par un revêtement (21) apte à favoriser L'émission de chaLeur. 12 - Dispositif selon la revendication 11, caractérise en ce qu'il comprend un carter réflecteur et isolant (3), ouvert sur une face contenant les tubes radiants (8, 9) et constitué de lai ne de roche prise en sandwich entre deux tôles, lesdits tubes radiants étant séparés, dans le sens longitudinal, par une paroi réfléctrice (19) faisant partie du carter (3). 13 - Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il est suspendu à L'aide d'un dispositif de supension (14) relié directement au carter réflecteur et isolant (3). 14 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu un manchon de raccordement creux (22) interposé entre deux tubes (8, 9) et emboitable, respectivement, à l'intérieur des deux tubes (8, 9). 15 - Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que le manchon de raccordement (22) comporte une protubérance externe (23) délimitant deux demi-manchons (23a, 23b). 16 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise des tubes radiants (8, 9) pourvus de collets rabattus (24) à leurs extrémités, lesdits tubes étant raccordés entre eux au moyen de colliers de liaison (25) à ces mêmes extrémités.