Brevet FR2799607A1 — publié le 20010413

APPAREIL DE CHAUFFAGE PAR RAYONNEMENT L'invention concerne un appareil de chauffage par rayonnement destiné à être disposé horizontalement à une distance prédéterminée au-dessus du sol. Les appareils de chauffage du type précité sont couramment utilisés à l'heure actuelle pour le chauffage de locaux à usage permanent (habitations, bureaux, magasins...), de locaux à usage intermittent (salles des fêtes, salles polyvalentes ... ) ou de locaux à usage industriel. Ces appareils de chauffage comprennent principalement d'une part, un panneau chauffant constitué d'une plaque métallique présentant une face inférieure de rayonnement vers le sol, et une face supérieure sur laquelle sont disposées des résistances électriques, et d'autre part, des moyens d'alimentation des résistances électriques. Selon ce principe, les résistances électriques chauffées par effet Joule transmettent leurs calories à la plaque métallique, laquelle émet un rayonnement infrarouge vers toutes les masses en présence dans la pièce qui réchauffent l'air ambiant. A l'heure actuelle, il existe principalement deux catégories & appareils de chauffage selon ce principe. La première catégorie consiste en des appareils de chauffage, dits "basse température", conçus pour que la face inférieure du panneau chauffant soit portée à une température de l'ordre de 80'C à 100'C. Les inconvénients de tels appareils de chauffage sont principalement de deux ordres. En effet, dans le cas de locaux de grande hauteur ou mal isolés thermiquement, il est difficile d!atteindre un niveau de confort convenable en bénéficiant d'une consommation énergétique minimisée par un fonctionnement intermittant. De plus, ces appareils présentent une puissance relativement faible, de sorte qu'un c hauffage adéquat d'un local requiert d'installer des appareils couvrant environ 60% de la surface du plafond. La deuxième catégorie consiste en des appareils de chauffage, dits "moyenne température", conçus pour que la face inférieure du panneau chauffant soit portée à une température de l'ordre de 300'C à 400'C. Les appareils de chauffage actuels de ce type comprennent un panneau chauffant constitué d'une plaque d'aluminium sur la face supérieure de laquelle s'étendent des profilés venus d'extrusion avec ladite plaque, présentant la forme d'une gorge dans laquelle est logée une résistance filaire blindée. De tels appareils de chauffage pallient les inconvénients des appareils de chauffage "basse température" car, d'une part, leur puissance peut être importante, et, d'autre part, ils peuvent être alimentés directement à partir du courant électrique alternatif du réseau de distribution, par exemple en 230V monophasé ou en 380V triphasé. Toutefois, ils présentent également des inconvénients. En effet, lors de leur mise en tension, d'une part, l'appel de puissance de tels appareils de chauffage est très important, et, d'autre part, la montée en température du panneau chauffant est relativement lente (de l'ordre de 20 à 30mn pour obtenir le régime établi). De plus, la conception des résistances électriques conduit à des déperditions de chaleur, du fait qu'une partie de la chaleur dégagée est transmise à l'air ambiant et non au panneau chauffant. De ce fait, le rendement de tels appareils de chauffage est relativement médiocre. Enfin, de tels appareils sont conçus pour être régulés en tout ou rien, et la régulation de la température à l'intérieur des locaux ne peut donc être obtenue qu'en jouant sur le nombre d'appareils sous tension, de sorte qu'une telle régulation conduit à l'apparition de zones froides dans les locaux et donc à des sensations d'inconfort. La présente invention vise à pallier ces inconvénients et a pour premier objectif de fournir un appareil de chauffage "moyenne température" présentant un bon rendement et dont le régime établi est obtenu rapidement. Un autre objectif de l'invention est de fournir un appareil de chauffage dont l'appel de puissance, lors de sa mise sous tension, est minimisé. Un autre objectif de l'invention est de fournir un appareil de chauffage dont la puissance peut être régulée. A cet effet, l'invention vise un appareil de chauffage par .rayonnement destiné à être disposé à une hauteur déterminée au-dessus du sol, comprenant : - un panneau chauffant constitué d'une plaque métallique présentant une face, dite inférieure, de rayonnement vers le sol et une face opposée, dite supérieure , sur laquelle sont disposées des résistances électriques, - et des moyens de connexion électrique en vue de l'alimentation électrique des résistances. Selon l'invention, cet appareil de chauffage se caractérise en ce que : - la face supérieure de la plaque métallique est recouverte dune couche d1émail comportant des sillons de profondeur conjuguée de l'épaisseur de ladite couche, formant au moins une piste continue répartie sur la surface de ladite face supérieure, - les résistances électriques consistent en des bandes résistives en un matériau conducteur électrique apte à dégager de la chaleur par effet Joule, disposées dans les sillons et de formes conjuguées de ces derniers. Selon l'invention, les résistances électriques sont en contact direct intime avec la plaque métallique, de sorte que le transfert d'énergie entre lesdites résistances et la plaque, et donc le rendement, se trouvent optimisés. De plus, il est apparu qu'une telle conception conduit à réduire notablement le temps nécessaire à l'obtention du régime établi. Dans la pratique, en effet, ce régime établi est obtenu au bout d!un temps de l'ordre de 8 à 1 Omn. Par ailleurs, il s'est avéré que les bandes résistives, par exemple déposées par sérigraphie lors de l'opération d'émaillage, ne subissent aucune dilatation différentielle par rapport à la plaque, et restent donc intimement liées à cette dernière et à la couche d'émail, conférant à l'appareil une durée de vie importante avec un rendement constant. Selon un mode de réalisation avantageux, les sillons forment au moins deux pistes distinctes réparties chacune sur la surface de la face supérieure de la plaque métallique, chacune desdites pistes comportant des moyens de connexion indépendants, de façon à pouvoir être alimentée de façon individuelle. La présence de plusieurs pistes permet, en premier lieu, de minimiser l'appel de puissance en programmant une mise sous tension étagée consistant à décaler dans le temps la mise sous tension des différentes pistes. De plus, elle autorise une régulation de puissance par délestage d'une ou de plusieurs pistes des différents appareils disposés dans un local, de sorte que la régulation de la température peut être obtenue en gardant une température uniforme à l'intérieur de ce local. En outre, l'interpénétration de ces pistes conduit à annuler les champs magnétiques provoqués généralement par les appareils actuels. De façon avantageuse, selon l'invention, afin d'obtenir une température uniforme du panneau chauffant, les pistes présentent la forme de serpentins parallèles, coudés en forme d'épingles à cheveux successives. De plus, avantageusement et selon l'invention, la couche d'émail comportant les sillons ainsi que les bandes résistives sont recouvertes d'une couche de vernis électriquement isolante. De même, avantageusement et selon l'invention, la face inférieure de la plaque métallique est recouverte d'une couche de vernis électriquement isolante. Par ailleurs, en vue d'accroître le rendement de l'appareil, la plaque métallique est avantageusement incorporée dans un réflecteur doté d'une paroi réfléchissante en regard de la face supérieure de ladite plaque métallique. De plus, de façon à éviter les pertes d'énergie par propagation de la chaleur de la plaque vers le réflecteur, ce dernier comporte avantageusement un profilé latéral incorporant un matériau thermiquement isolant dans lequel sont enchâssés les bords de la plaque métallique. L'appareil de chauffage comprend, par ailleurs, avantageusement, un caisson d'habillage doté d'organes externes de suspension, et de forme interne adaptée pour loger le réflecteur, ledit caisson dIabillage comportant des organes de maintien dudit réflecteur, et délimitant sur la périphérie et au-dessus de ce dernier, un volume rempli d'un matériau thermiquement isolant. De plus, avantageusement et selon l'invention, la plaque métallique comporte une portion d'extrémité, dite portion froide, sur laquelle sont disposés les moyens de connexion électrique, s'étendant à l'extérieur du réflecteur, le caisson d'habillage présentant une forme adaptée pour délimiter un compartiment dépourvu de matériau isolant, adapté pour loger ladite portion froide, et comportant une trappe d'accès audit compartiment. D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui suit en référence aux dessins annexés qui en représentent à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation préférentiel. Sur ces figures : - la figure 1 est une vue en perspective de dessous d'un appareil de chauffage conforme à l'invention, - la figure 2 est une coupe transversale par un plan A de cet appareil de chauffage, _ la figure 3 est une coupe longitudinale par un plan B de cet appareil de chauffage, - la figure 4 est une vue de dessus du panneau chauffant de cet appareil de chauffage, - la figure 5 est une coupe transversale par un plan C à échelle agrandie de ce panneau chauffant, - la figure 6 est une vue de dessus à échelle agrandie de la portion ftoide de ce panneau chauffant, - et la figure 7 est un diagramme représentant l'évolution de la température de la face inférieure du panneau chauffant, à l'intérieur du réflecteur et au niveau de la portion froide, lors de la mise en service de l'appareil de chauffage. L'appareil de chauffage conforme à l'invention représenté aux figures 1 à 3 est destiné à être suspendu à un élément de structure du plafond d'un local, tel qu'une poutrelle horizontale 1 telle que représentée à la figure 1, de façon à s'étendre horizontalement à une hauteur comprise entre 3m et 20m du sol, fonction de la hauteur du local à chauffer. Cet appareil de chauffage comporte, en premier lieu, un panneau chauffant 2 représenté aux figures 4 à 6, comprenant une plaque & acier 3, d'une épaisseur de l'ordre de 2mm, comportant une face inférieure plane de rayonnement vers le sol et une face supérieure sur laquelle sont disposées des résistances électriques. La face supérieure de la plaque d'acier 3 est recouverte (fune couche d'émail 4 dans laquelle sont ménagés des sillons de section rectangulaire et de profondeur correspondant à l'épaisseur de ladite couche d'émail 4, s'étendant à partir d'une des portions d'extrémité longitudinale 3a de la plaque d'acier 3, dite portion froide. Ces sillons sont adaptés pour former dans la couche d'émail 4, trois pistes distinctes 5, 6, 7 traversant son épaisseur, en forme de serpentins parallèles coudés selon des épingles à cheveux successives, s'étendant sur la quasi-totalité de la surface de la face supérieure du panneau chauffant 2. Chacune de ces pistes 5, 6, 7 est remplie partiellement ou, de préférence, en totalité, par exemple par sérigraphie, d'un matériau conducteur électrique apte à dégager de la chaleur par effet Joule, tel qu'une pâte de graphite, formant trois résistances électriques distinctes 8, 9, 10, venant directement au contact de la face supérieure de la plaque d'acier 3. De plus, les extrémités de chacune de ces pistes 5, 6, 7 sont conformées, au niveau de la portion froide 3a du panneau chauffant 2, de façon à définir deux bomes de connexion 5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b, permettant d'alimenter électriquement les résistances électriques 8, 9, 10 de façon individuelle au moyen d'un boîtier d'alimentation 30 de type connu en soi. Les pistes 5, 6, 7, de même que la couche d'émail 4, et les résistances électriques 8, 9, 10 sont elles-mêmes recouvertes d!une couche de vernis 11 superficielle. De même, la face inférieure du panneau chauffant 2 est recouverte d'une couche de vernis 12. L'appareil de chauffage comporte, en outre, un réflecteur 13 à l'intérieur duquel est intégré le panneau chauffant 2. Ce réflecteur 13 se présente sous la forme d'un caisson parallélépipédique rectangle de largeur conjuguée de celle du panneau chauffant 2 et de longueur inférieure à celle de ce dernier, adaptée pour que la portion froide 3a dudit panneau chauffant s'étende à l'extérieur dudit réflecteur 13, dans le prolongement d'un des bords transversaux de ce dernier. Le réflecteur 13, ouvert au niveau de sa face i-nférieure, comporte une paroi supérieure 14 de réflexion adaptée pour s'étendre parallèlement au-dessus de la face supérieure du panneau chauffant 2, et un profilé périphérique latéral 15 dont l'extrémité inférieure présente la forme d'un U 15a, dans lequel est maintenue la portion inférieure d!une bande périphérique 16 de matériau isolant, tel que de la laine de roche compressée et pilée. Ce matériau isolant 16 est disposé, dans le réflecteur 13, le long des deux bords longitudinaux et du bord transversal de ce dernier opposé à la portion froide 3a du panneau chauffant 2. De plus, en vue de permettre au panneau chauffant 2 de s'étendre partiellement à l'extérieur du réflecteur 13, le profilé 15 présente une lumière horizontale, le long du bord transversal dudit réflecteur dépourvu de matériau isolant 16. Par ailleurs, le matériau isolant 16 comporte, côté interne du réflecteur 13, une encoche périphérique 17 dans laquelle est enchâssé le panneau chauffant 2, L'appareil de chauffage comprend également un caisson d'habillage 18 présentant la forme générale d'un tronc de pyramide doté d'une face inférieure 19 partiellement ouverte délimitant une ouverture de dimensions adaptées pour loger le réflecteur 13. Afin d'assurer le maintien de ce réflecteur 13, ce caisson d'habillage 18 comporte au niveau de sa face inférieure 19, des pattes d'encliquetage telles que 20 venant se loger dans des lumières ménagées dans le profilé périphérique 15 dudit réflecteur. De plus, ce caisson d'habillage 18 comporte une paroi transversale interne 21 délimitant : - un compartiment principal s'étendant sur le pourtour et au-dessus du réflecteur 13, rempli d'un matériau isolant 22 tel que de la laine de roche hydrophobe, un compartiment d'extrémité 23 dans lequel s'étend la portion froide 3a du panneau chauffant 2 et le boîtier d'alimentation 30. De plus, ce compartiment 23 est accessible au moyen d'une trappe 24. Ce caisson d'habillage 18 comprend enfin deux profilés transversaux supérieurs tels que 25 en forme d'équerre, solidarisés sur sa paroi supérieure, et permettant de le suspendre à un élément de structure au moyen de chaimes telles que 26. Tel que représenté à la figure 7, la montée en température du panneau chauffant 2 de cet appareil de chauffage est très rapide. En effet, une température de 300'C est obtenue au bout de seulement 6mn tandis que l'obtention de la température de fonctionnement en régime établi qui est de l'ordre de 3 5O'C est obtenue environ 1 Omn après la mise sous tension. De plus, ce régime établi est obtenu de façon étagée de façon à minimiser l'appel de puissance, en alimentant en premier lieu une seule résistance 8 jusqu'à obtenir le régime établi de cette dernière, puis la deuxième résistance 9 et en dernier lieu la dernière résistance 10. Cette alimentation distincte des trois résistances 8-10 offre, en outre, une grande souplesse de régulation, du fait qu'elle permet de délester une ou deux résistances de façon à maintenir une température de consigne donnée. REVENDICATIONS 1/- Appareil de chauffage par rayonnement destiné à être disposé à une hauteur déterminée au-dessus du sol, comprenant : - un panneau chauffant comprenant une plaque métallique (3) présentant une face, dite inférieure, de rayonnement vers le sol et une face opposée, dite supérieure, sur laquelle sont disposées des résistances électriques (8, 9, l0)# - et des moyens (5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b) de connexion électrique en vue de l'alimentation électrique des résistances (8, 9, 10), caractérisé en ce que : _ la face supérieure de la plaque métallique (3) est recouverte d'une couche d'émail (4) comportant des sillons de profondeur correspondant à l'épaisseur de ladite couche d'émail (4), fonnant au moins une piste (5, 6, 7) continue répartie sur la surface de ladite face supérieure, - les résistances électriques (8, 9, 10) consistent en des bandes résistives en un matériau conducteur électrique apte à dégager de la chaleur par effet Joule, disposées dans les sillons et de formes conjuguées de ces derniers. 2/- Appareil de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les sillons forment au moins deux pistes distinctes (5, 6, 7) réparties chacune sur la surface de la face supérieure de la plaque métallique (3), chacune desdites pistes (5, 6, 7) comportant des moyens de connexion indépendants, de façon à pouvoir être alimentée de façon individuelle. 3/- Appareil de chauffage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les sillons forment trois pistes distinctes (5, 6, 7). 4/- Appareil de chauffage selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les pistes (5, 6, 7) présentent la forme de serpentins parallèles, coudés en forme d'épingles à cheveux successives. 5/- Appareil de chauffage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la couche d'émail (4) et la(les) bande(s) résistive(s) (8, 9, 10) sont recouvertes d'une couche de vernis (l 1) électriquement isolant. 6/- Appareil de chauffage selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la face inférieure de la plaque métallique (3) est recouverte d'une couche de vernis (12) électriquement isolant. 7/- Appareil de chauffage selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la plaque métallique (3) est incorporée dans un réflecteur (13) doté d'une paroi réfléchissante (14) en regard de la face supérieure de ladite plaque métallique (3). 8/- Appareil de chauffage selon la revendication 7, caractérisé en ce que le réflecteur comporte un profilé latéral (15) incorporant un matériau thermiquement isola-nt (16) dans lequel sont enchâssés les bords de la plaque métallique (3). 9/- Appareil de chauffage selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il comprend un caisson d!habillage (18) doté & organes externes de suspension, et de forme interne adaptée pour loger le réflecteur (13), ledit caisson d'habillage (18) comportant des organes de maintien (20) dudit réflecteur (13), et délimitant sur la périphérie et au-dessus de ce dernier, un volume rempli d'un matériau (22) thermiquement isolant. 10/ - Appareil de chauffage selon la revendication 9, caractérisé en ce que la plaque métallique (3) comporte une portion d'extrémité, dite portion froide (3a), sur laquelle sont disposés les moyens (5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b) de connexion électrique, s'étendant à l'extérieur du réflecteur (13), le caisson d'habillage (18) présentant une forme adaptée pour délimiter un compartiment (23) dépourvu de matériau isolant, adapté pour loger ladite portion froide (3a), et comportant une trappe d'accès (24) audit compartiment (23).