Brevet FR2723631A3 — publié le 19960216

FR 2723631 A3 19960216 FR 9509657 A 19950809 1i 2723631 L'invention concerne les dispositifs de chauffage à tubes radiants du type comprenant un tube ou conduit radiant, généralement suspendu en hauteur dans l'espace à chauffer, un ventilateur ou autre pompe pour, en fonctionnement, produire un écoulement de gaz le long du tube, et un ou plusieurs ensembles de brûleur à carburant fluide, du type à gaz et à commande automatique, pour alimenter le dit écoulement en gaz chauds. De tels appareils seront désignés ci-après sous le nom de "dispositifs de chauffage à tube radiant". Pour diriger et concentrer la chaleur radiante émise à partir de la surface du tube, il est connu d'utiliser des réflecteurs, réalisés typiquement en tôle métallique, qui sont montés à côté du tube, par exemple au-dessus de lui si l'appareil est monté en hauteur pour diriger la chaleur vers le bas. Il est aussi connu de proposer des corps en matériau d'isolation thermique couvrant le tube du côté de celui-ci éloigné de l'espace à chauffer, des exemples de telles réalisations étant décrits dans les documents GB-A-2119075, GB-A-2108260, GB-A-1448073, EP-A-0261639 et US-A-4727854. L'invention a pour objet d'apporter des améliorations aux appareils de chauffage à tubes radiants pour leur procurer une plus grande efficacité. Selon l'invention, on propose un appareil de chauffage à tube radiant comprenant un tube radiant, un moyen pour produire en fonctionnement un écoulement de gaz le long du tube, au moins un ensemble de brûleur à carburant fluide pour alimenter en gaz chauds le dit écoulement, et un moyen de direction de la chaleur comprenant du matériau isolant thermique qui est placé le long d'au moins une partie du tube du côté de celui-ci éloigné de la zone vers laquelle, en fonctionnement, se trouve projetée la chaleur, caractérisé en ce que le moyen de direction de la chaleur comprend: a) au moins un écran comportant une couche 2 2723631 du dit matériau isolant montée tout près d'une zone respective de la périphérie du tube, cette zone incluant au moins une majeure partie de la demi-circonférence de ce côté du tube de façon à s'opposer à une perte de chaleur depuis cette zone et au-delà du dit écran et à re- diriger en fonctionnement la chaleur radiante vers la dite zone; et b) un capuchonnement de projection de chaleur (20) qui entoure pratiquement le dit côté du tube et le dit écran mais qui en est sensiblement écarté, en ayant une face avant ouverte dirigée en fonctionnement vers la dite zone, la ou les parois intérieures du capuchonnement, regardant vers le tube et vers l'écrant étant constituées par du matériau en feuilles rigides renforcé par une autre couche du dit matériau thermiquement isolant. Dans le cas d'un tube à section transversale circulaire, le dit écran peut entourer depuis 180 degrés (c'est-à-dire la dite demi- circonférence) jusqu'à approximativement une zone angulaire de la périphérie faisant 90 degrés, et de façon typique une zone angulaire d'environ 140 degrés. Le dit écran peut être en un matériau en fibre de céramique, de préférence avec un peu de liant organique ou pas du tout, en ayant ou non un revêtement en tôle métallique sur l'une de ses faces ou sur les deux. Un écran unique peut s'étendre sur toute la longueur du tube ou d'une branche ou jambe rectiligne de celui-ci, ou plusieurs dits écrans peuvent être prévus sur sa longueur, soit joints soit écartés à intervalles, ou bien le ou les écrans peuvent n'être appliqués, seulement qu'en une ou plusieurs zones longitudinales choisies du tube. Ils peuvent être écartés d'environ 6 mm jusqu'à environ 25 mm à partir de la surface extérieure du tube. De préférence, la face avant du dit matériau 3 2723631 en feuille du capuchonnement présente une surface d'émission de chaleur ou un fini de surface de couleur noire ou d'une autre couleur foncée fortement radiante. On peut utiliser un ou plusieurs écrans, tels que définis ci-dessus, en combinaison avec le dit capuchonnement, c'est-à-dire qu'ils seront montés très près de la périphérie du tube à l'intérieur d'un capuchonnement commun et en étant écartés de celui-ci. Le matériau isolant utilisé pour le capuchonnement peut être aussi le matériau en fibre de céramique mentionné ci-dessus, ou de la laine minérale. On décrira maintenant plus particulièrement un exemple de réalisation de l'invention, en référence au dessin annexé dans lequel: la figure 1 est une vue perspective schématique, avec certaines parties arrachées, d'un appareil de chauffage à tubes radiants, et la figure 2 est une coupe transversale verticale dudit appareil. L'appareil de chauffage à tubes radiants ici décrit est destiné à être suspendu en hauteur pour chauffer un volume tel qu'une partie d'une usine ou d'une salle publique. Les parties de l'appareil qui produisent la chaleur sont généralement d'un type conventionnel comprenant un élément de tube radiant 10 a section circulaire parcouru par des gaz chauds, fournis par un ensemble du brûleur 12 à une extrémité d'entrée de l'élément, et extraits par un ventilateur de sortie 14 à l'extrémité de sortie de l'élément. Des commandes d'allumage automatique, de mise en marche et de sécurité sont incorporées de façon connue. Dans cet exemple, le tube 10 a en plan une forme en U, de sorte qu'il présente des branches parallèles écartées amont et aval 10a, lOb. Cette disposition est appropriée parce qu'elle procure un ensemble compact qu'on peut facilement placer à l'endroit voulu, et dans lequel l'ensemble de brûleur 12 et le ventilateur 14 sont d'un même côté, en simplifiant 4 2723631 ainsi la commande, le montage et l'entretien. Pour chauffer de grands volumes, on peut utiliser plusieurs tels appareils. En fonctionnement, un mélange de carburant gazeux et d'air est fourni à l'ensemble de brûleur 12 pour une combustion, le brûlage s'effectuant sous la forme d'une flamme dirigée vers l'aval depuis la dite extrémité d'entrée du tube 10. Ainsi la partie du tube adjacente à cette extrémité sera la plus chaude, on atteint de façon typique des températures de l'ordre de 250 à 8000 C à proximité immédiate de cette partie du tube. Pour empêcher une distorsion dans la branche amont 10a du tube on prévoit un accouplement d'expansion 16. L'écoulement de gaz chauds chauffe tout le tube 10 de façon que de la chaleur radiante soit émise à partir de sa périphérie extérieure. Pour certaines applications, on peut prévoir à l'intérieur du tube 10 une feuille métallique tortillée ou un autre système de turbulence 18 pour agir de manière connue sur l'écoulement de gaz afin d'améliorer le transfert de chaleur vers les parois du tube. Un appareil connu de ce type serait normalement pourvu d'un réflecteur en tôle métallique ayant la forme d'un capot ouvert vers le bas placé au-dessus, s'étendant vers les côtés des deux branches de tube parallèles 1Oa, lOb et présentant un fini de surface plus ou moins poli, lumineux ou clair, conçu pour réfléchir vers le bas la chaleur radiante émise vers le haut à partir du tube 10, pour obtenir un chauffage plus efficace de la zone située au-dessous de l'appareil en fonctionnement. De tels réflecteurs ont une efficacité limitée en concentrant vers le bas la sortie de chaleur pour devenir euxmêmes chauffés par conduction depuis la dite surface, et une certaine partie de cette chaleur est à son tour émise à partir du sommet ou de l'arrière du réflecteur o elle se trouve largement atténuée. 2723631 En outre, à moins d'effectuer un entretien régulier pour nettoyer la surface inférieure du réflecteur, laquelle est particulièrement prédisposée à l'accumulation de poussière et de saleté, spécialement dans des bâtiments industriels, les propriétés réfléchissantes vont largement se perdre au fur et à mesure que la surface réfléchissante devient plus sombre et sale. Cela donne de plus aux appareils un aspect désagréable qui n'est pas acceptable dans des lieux tels que des salles publiques. L'accès aux appareils de chauffage disposés en hauteur, en vue de leur entretien, est généralement difficile et présente des inconvénients. Par exemple cet accès peut n'être possible que lorsque les locaux ne sont pas en service pendant une période de vacances ou en dehors des heures normales, et dans ce cas les frais d'intervention seront plus élevés. Donc, toute réduction de la nécessité d'entretien constitue un bénéfice substantiel. Dans le cas de l'appareil de chauffage qu'on décrira maintenant, la place normale du réflecteur est prise par un capuchonnement 20 de projection de chaleur. La partie inférieure de ce capuchonnement est ouverte, ses bords inférieurs sont approximativement au même niveau que la partie inférieure de la périphérie du tube 10. Il présente des parois latérales 22 qui convergent vers le haut, et une paroi supérieure horizontale plate 24, toutes ces parois étant écartées du tube 10 pour fournir un écartement qui, dans cet exemple est à peu près la moitié ou les trois quarts du diamètre du tube. Le capuchonnement 20 s'étend sur toute la longueur du tube 10 et présente des parois d'extrémité verticales dont l'une 26 est ajourée pour recevoir les extrémités du tube là o il est relié à l'ensemble de brûleur 12 et au ventilateur 14. Ces parois d'extrémité peuvent être supprimées dans certaines réalisations. Le capuchonnement 20 est supporté par des cadres de suspension 28 qui supportent aussi les deux branches lOa, lOb du tube. Ces cadres sont, à leur tour, 6 2723631 fixés à des chaînes ou à d'autres systèmes de suspension (non représentés) pour supporter l'appareil en position horizontale à la hauteur voulue. La face interne ou inférieure du capuchonnement 20, qui est dirigée vers le tube 10 et vers la zone à chauffer, est une feuille de tôle métallique 30, par exemple de la tôle d'acier doux qui a été pré-revêtue d'un fini résistant à des températures élevées, tel qu'un composé de polyester et silicium, et celui-ci est de préférence de couleur noire ou d'une autre couleur sombre pour rendre maximale son émission de chaleur radiante. On pourrait aussi utiliser un acier revêtu d'aluminium ou à l'aluminium de couleur noire ou foncée. Le capuchonnement 20 consiste de plus en une couche 32 d'une feuille de renforcement 30 en un matériau d'isolation thermique par exemple un matériau d'isolation en fibre de céramique ou en laine minérale d'une épaisseur de 25 mm comportant un peu de liant organique ou pas du tout. La couche 32 réduit de façon substantielle l'émission ou autre perte de chaleur à partir du dessus ou du dos du capuchonnment 20. La feuille 30 poura donc atteindre une plus forte température et, grâce à son fini noir ou sombre, elle agira elle-même comme un émetteur de chaleur radiante en direction du tube 10 et de la zone qu'on désire chauffer. Un avantage incident réside dans le fait qu'une chaleur moindre passera vers le haut à partir de l'appareil, en réduisant les dégats et la décoloration causés aux plafonds et aux autres zones de toiture et en permettant de monter l'appareil plus près du plafond ou du toit que ça n'aurait autrement été le cas. L'utilisation de l'invention peut donc permettre d'employer ce type de radiateur dans des pièces ou des espaces o la hauteur limitée empêcherait l'utilisation de radiateurs suspendus de type conventionnel. Le capuchonnement 20 aide à une distribution 7 2723631 uniforme de la chaleur émise sur une grande surface. Sa couleur sombre rend moins perceptible la décoloration par la saleté et la poussière et, comme cela n'affectera pas sensiblement la performance, le besoin d'entretien et de nettoyage se trouve sensiblement réduit. Pour augmenter l'efficacité et la concentration de la sortie de chaleur vers et dans la zone désirée, chaque branche 10a, lOb du tube est pourvue d'écrans individuels 34. Ceux-ci sont totalement ou principalement formés à partir d'un matériau isolant thermique, par exemple de la fibre de céramique avec un peu de liant organique ou pas du tout. De façon typique ils ont environ 6 mm d'épaisseur de paroi et sont disposés légèrement au dessus de la demi-circonférence supérieure de la branche correspondante du tube, de façon typique avec un écart compris entre environ 6 à mm de celle-ci. Le matériau d'isolation peut être revêtu d'un côté ou de l'autre par une tôle métallique en vue d'une meilleure longévité. Les côtés des écrans 34 sont angulés vers le bas de façon que chaque écran entoure une zone angulaire de la périphérie supérieure du tube qui soit d'environ degrés dans l'exemple représenté. Pour certaines applications, les écrans peuvent entourer jusqu'à la moitié de la circonférence c'est-à-dire 180 degrés, ou peut être moins, par exemple jusqu'à 90 degrés. Dans cet exemple, une série d'écrans 34 sont disposés bout à bout le long de chaque branche 10a, lOb mais, selon la dimension de l'appareil de chauffage, un seul écran peut occuper toute la longueur de la branche ou, dans d'autres applications, des écrans peuvent n'être prévus que sur des parties localisées de la longueur du tube. L'écartement existant par rapport au tube signifie que les écrans 34 ne sont pas soumis à la totalité de la chaleur du tube, en particulier à l'extrémité d'entrée à haute température, comme ils le seraient s'ils étaient en contact direct avec les tubes et étaient ainsi chauffés par conduction. 8 2723631 Comme c'est le cas avec le capuchonnement , les écrans bloquent la chaleur émise par radiation par le tube 10 dans la direction du dessus, en maintenant ainsi le tube à une plus forte température et en concentrant l'émission vers le bas. On comprendra que le capuchonnement 20 pourrait être utilisé dans un appareil de chauffage radiant sans présence d'écrans 34 ou, inversement, un ou plusieurs de ces écrans pourraient être utilisés sans capuchonnement 30, par exemple avec ou sans une tôle de métal conventionnelle ou un autre réflecteur. L'utilisation des deux ensembles procure un maximum d'avantages en termes d'efficacité. Des essais préliminaires appliquant le plus récent projet de norme européenne de mesure DD ENV1259-1:1994, en combinaison avec une bonne qualité de brûleur, de ventilateur et de tube, ont montré une augmentation de l'efficacité de rayonnement de 63% net jusqu'à 79% net. On comprendra aussi que l'invention peut s'appliquer à des appareils de chauffage à tube radiant de type autre que celui à tube en U à brûleur unique associé décrit ci-dessus. Par exemple, le capuchonnement et/ou les écrans peuvent aussi être utilisés en combinaison avec de plus grandes installations à plusieurs brûleurs servant une suite commune ou des suites de tubes d'émission par rayonnement pour des constructions à grandes zones de plancher. 9 2723631 REVENDICATIONS 1. Appareil de chauffage à tube radiant comprenant un tube radiant (10), un moyen (14) pour produire en fonctionnement un écoulement de gaz le long du tube, au moins un ensemble de brûleur (12) à carburant fluide pour alimenter en gaz chauds le dit écoulement, et un moyen de direction de la chaleur, comprenant du matériau isolant thermique, qui est placé le long d'au moins une partie du tube du côté de celui-ci, éloigné de la zone vers laquelle, en fonctionnement, se trouve projetée la chaleur, caractérisé en ce que le moyen de direction de la chaleur comprend: a) au moins un écran (34), comportant une couche du dit matériau isolant, monté tout près d'une zone respective de la périphérie du tube, cette zone incluant au moins une majeure partie de la demi-circonférence de ce côté du tube, de façon à s'opposer à une perte de chaleur depuis cette zone et au-delà du dit écran et à re-diriger en fonctionnement la chaleur radiante vers la dite zone; et b) un capuchonnement de projection de chaleur (20) qui entoure pratiquement le dit côté du tube et le dit écran mais qui en est sensiblement écarté en ayant une face avant ouverte dirigée en fonctionnement vers la dite zone, la ou les parois intérieures du capuchonnement, regardant vers le tube et vers l'écran, étant constituées par du matériau en feuilles rigides (30) renforcé par une autre couche (32) du dit matériau thermiquement isolant. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube (10) présente une section transversale circulaire, l'écran (34) entourant une zone angulaire de sa périphérie sur une plage allant environ de 180 à 90 . 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dit écran (34) entoure une dite /2723631 zone sur une étendue angulaire de 140 environ. 4. Appareil selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'écran (34) est écarté de la surface extérieure de la périphérie du tube d'environ 6mm à environ 25 mm. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dit écran (34) est en un matériau en fibre de céramique. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dit matériau comporte un peu de liant organique ou pas du tout. 7. Appareil selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le dit matériau est revêtu sur une ou sur ses deux faces d'une tôle métallique. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la dite couche (32) en matériau isolant thermique du dit encapuchonnement (20) est en un matériau d'isolation en fibre de céramique ou en laine minérale, comportant un peu de liant organique ou pas du tout. 9. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dit matériau en feuille (30) du dit encapuchonnement (20) est de la tôle métallique ayant une surface d'émission de chaleur ou un fini de surface qui est noir ou d'une autre couleur sombre fortement radiante. 10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que le dit matériau en feuille (30) est de l'acier doux en feuille revêtu d'un composé de polyester et de silicium ou d'un revêtement d'aluminium ou d'un fini de surface à l'aluminium. 11. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par un écran (34) en relation avec chaque branche du dit tube (10), en nombre supérieur à un, à l'intérieur du dit encapuchonnement (20). 12. Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que le tube (10) présente en plan une 1i 2723631 forme en U de façon à présenter deux dites branches parallèles (10a, lob) et des écrans associés (34) entourée par l'encapuchonnement (20).