Brevet FR2671160A1 — publié le 19920703

La présente invention concerne un dispositif per ventant l'isolation d'une source de chaleur et éventuellement son confinement. Un artisan,un technicien de laboratoire ou un simple bricoleur,qui désirent traiter un matériau à haute température en vue d'un forgeage, soudure, fusion ou calcination,utiliseront parfois un feu de forge mais le plus souvent un chalumeau à gaz alimenté en air et en propane. les matériaux seront soit chauffés à l'air libre soit à l'intérieur de petits fours garnis de matiere réfractaire. Dans tous les cas,les rendements sont très mauvais pour les raisons suivantes: - A l'air libre une grande partie de la chaleur est dissipée sans résultat car la perte paçr rayonnement devient trés grande dés que le matériau rougit. - Un four en utilisation discontinue nécessite un chauffage assez long car,la paroi interne absorbant le rayonnement,il faudra attendre que sa température soit au moins égale à celle reaquise pour le traitement du matériau, d'où une grande inertie thermique aggravée d'une perte de chaleur assez importante par conduction.I)e surcroit un four,m#me de petite taille(électrique ou à gaz) est trés coûteux. Le dispositif faisant l'objet de ce brevet minimise considérablement ces inconvénients.Il est basé sur l'expérience suivante: On enroule sur elle-même une lame de tôle mince de manière à réaliser une sorte de ressort allongé assez serré. Si on soumet ce ressort à la flamme d'une lampe à souder dans le sens de l'axe de l'enroulement(Fig 1), l'ensemble devient rapidement incandescent et si à ce moment on arrente le chauffage, on constate que le centre de la spirale perd sa chaleur trés lentement et reste rouge alors que la périphérie est presque refroidie. Ceci s'explique aisément si on considère que le rayonnement ne peut s'évacuer facilement,étant en grande partie réfléchi,absorbé et retransmis concentriquement d'une spire à l'autre.De surcroit,le refroidissement par convection est très faible car l'air est mauvais conducteur de la chaleur. Il est donc possible de réaliser un véritable confinement de chaleur. Inversement,un chauffage du ressort perpendiculai- rement à l'axe de l'enroulement ne parvient pas à rendre incandescente la spire intérieure. Utilisation pratique du phénomine et description de l'invention: Au lieu d'une lame enroulée sur elle-même,le dispositif de base est constitué d'un empilement de quatre à cinq tôles minces(l fig 2).Ces tôles doivent être légèrement déformées de manière à définir des parties en saillie(lO)de façon à ne pas s'appliquer parfaitement l'une sur l'autre afin de ménager une lame d'air entre chacune d'elles.Un tel dispositif constitue un excellent écran isolant permettant de protéger l'environnement immédiat du matériau que l'on désire chauffer(par exemple un tuyau de cuivre le long d'un mur tapissé ou peint), Si on désire confiner la chaleur, on utilisera une série de feuilles(l)conformées en cylindres(l fig 3) de diamètre régulièrement croissant,pouvant s'emmancher les uns dans les autres avec un jeu de quelques millimètres. Ces cylindres seront exécutés avec un matériau peu oxydable difficilement fusible et réfléchissant.Ce dernier point est important car il permet de réduire trés sensiblement la perte de chaleur par rayonnement,au moins pour les cylindres extérieurs car le cylindre central, à température élevée,perd trés rapidement son brillant, Pour un usage courant,l'acier inoxydable ou le nickel conviennent parfaitement. Un tel assemblage de cylindres peut à l'inverse être utilisé pour obtenir une isolation contre la chaleur: par exemple une canalisation passant dans le cylidre intérieur sera à l'abri de hautes températures extérieures à l'assemblage(Fig 3). Le confinement de chaleur à l'aide de cylindres trouve une application directe dans la réalisation d'un petit four chauffé au gaz(Fig 4).Ceci entraine les adaptations suivantes: Chaque cylindre est percé à l'une de ses extrémités d'une ouverture(2)suffisante pour laisser passer la flamme d'un brûleur; ce dernier devra être dirigé latéralement et légèrement vers le haut Si on veut obtenir une flamme tournante bien enveloppante.L'autre extrémité de chaque cylindre sera percée de deux trous(3)diamétralement opposés permettant le passage d'une tige de fer(4). Ces trous sont disposés de telle façon que la génératrice(6) passant par l'un d'eux coupe en son milieu la lumière(2) destinée à l'entrée de la flamme.Ce détail est important car l'assemblage des cylindres(l > à l'aide de la tige(4) maintient obligatoirement les lumières(2 > les unes en face des autres.Ce dispositif permet de plus de faire glisser les cgtlindres(l)le long de la tige(4)ce qui rend facile le réglage de leur écartement sans altérer la disposition des lumières(2). Il est possible d'améliorer sensiblement le rendement de ce four en évitant la perte par rayonnement verticalement.Pour ce faire il faut coiffer les cylindres d'un couvercle circulaire(Fig 5)constitué par quatre à cinq disques de tôle d'acier inoxydable(7)solidarisés par une tige de fer centrale(#)et dont l'écartement est assuré par la présence de petites rondelles de trois à quatre millimètres d'épaisseur alternant avec les disques sur la tige centrale.'Le disque inférieur de cet écran est muni de trois équerres(9)en tôle disposées à 1200 l'une de l'autre,formant support et ménageant des ouvertures suffisantes pour le passage des gaz brûlés. Un assemblage de quatre à cinq cylindres- en tale mince d'acier inoxydable,posé sur un socle en réfracl taire(5)est suffisant pour constituer un four à trés faible inertie thermique permettant de fondre aisément de l'aluminiumsdu laiton, du b#onze, du cuivre, de l'argent ou de l'or dans un creuset placé au centre du dispositif. Une fois le métal fondu, on soulève l'ensemble des cylindres et du couvercle à l'aide de la tige transversale(4) et le creuset ainsi libéré,devient aisément manipulable. Pour fixer les idées:un creuset de '(cm de diamètre et de 12cm de haii t, ayant une capacité d'environ 180ml nécessitera un cylindre interne d'un diamètre de 8 à 9cm et d'une hauteur d'au moins l8cm.la puissance du brûleur sera comprise entre 4000 et 7000 watts. Ainsi l'invention a pour objet selon une première caractéristique un dispositif permettant l'isolation d'une source de chaleur à température dépassant quelques centaines de degrés centigrades, constitué d'une série de feuilles minces en un matériau résistant à la chaleur, lesdites feuilles laissant entr'elles des lames d'air grâce à des moyens capables de maintenir un léger écartement. Selon d'autres caractéristiques les feuilles peuvent Xetre - conformées en cylindres de diamètre régulièrement croissant emmanchés les uns dans les autres avec un jeu de quelques millimètres de manière à permettre de confiner la chaleur ou de protéger le centre d'une température extérieure trés élevée. - elles peuvent être polies afin de réfléchir le rayonnement. Un tel dispositif,en tôle de nickel ou d'acier inoxydable,peut être appliqué à la réalisation d'un four tel que décrit précédemment. R#ENDI CATI ON S l-Dispositif permettant l'isolation d'une source de chaleur à température dépassant quelques centaines de degrés centigrades, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une série de feuilles minces(i)en un matériau résistant à la chaleur,lesdites feuilles laissant entre elles des lames d'air grâce à des moyens capables de maintenir un léger écartement. 2-Dispositif selon revendication I, caractérisé en ce que les feuilles sont conformées en cylindres(l)de diamètre régulièrement croissant emmanchés les uns dans les autres avec un jeu de quelques millimètres de manière à per mettre de confiner la chaleur ou de protéger le centre d'une température extérieure trés élevée. 3-Bispositif selon revendication 2 caractérisé en ce que les feuilles conformées en cylindres sont polies afin de réfléchir le rayonnement. 4-Dispositif selon revendications 2 et 3 caractérisé par le fait que les feuilles sont en tôles minces de nickel ou d'acier inoxydable notamment pour la réalisation d'un four à usage courant. 5-Application du dispositif selon revendications 2,3 et 4 à la réalisation d'un four à gaz caractérisé par une ouverture( 2)pratiquée en vis à vis dans une zone corres pondante d'une extrémité de chaque cylindre, ouverture suffisante pour laisser passer la flamme d'un brûleur. 6-Application du dispositif selon revendication 5 à la réalisation d'un four caractérisé par la présence de manière correspondante sur l'autre extrémité de chaque cylindre,de deux trous diamétralement opposés(3)destinés au passage d'une tige métallique(4)et disposés de telle façon que la génératrice(6)passant par l'un de ces trous coupe en son milieu la lumière(2)destinée au passage de la flamme. 7-Application du dispositif selon l'ensemble des revendications à la réalisation d'un four caractérisé en ce qu'il comporte un couvercle formé de quatre à cinq disques de tole d'acier inoxydable(7)solidarisés par une tige(8)et posé sur le cylindre centraI par l'intermédiaire de trois équerres(9) disposées à 1200