FR2492061A1 - Appareil de chauffage par rayonnement utilisant deux types d'energie - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN APPAREIL DE CHAUFFAGE PAR RAYONNEMENT. L'APPAREIL EST CARACTERISE EN CE QU'IL COMPREND UN SYSTEME DE CHAUFFAGE MIXTE COMPORTANT UN DISPOSITIF DE CHAUFFAGE AU GAZ A ET UN DISPOSITIF DE CHAUFFAGE ELECTRIQUE PAR RESISTANCE B, ET ASSURANT INDIFFEREMMENT L'ECHAUFFEMENT D'UN ORGANE EMETTEUR DE RAYONNEMENT CALORIFIQUE C DONT LA STRUCTURE EST ADAPTEE A CE MODE DE CHAUFFAGE MIXTE. CET ORGANE EMETTEUR PEUT ETRE CONSTITUE PAR UN PANNEAU DE NATURE MASSIVE, OU BIEN POREUSE OU PERFOREE, FORME D'UN MATERIAU REFRACTAIRE ET AUQUEL SONT FIXES OU INCORPORES DES ELEMENTS CONDUCTEURS, TELS QUE DES RESISTANCES ELECTRIQUES, UNE GRILLE ANTI-CONVECTION D ETANT PLACEE EN AVANT DE CE PANNEAU. APPLICATION AU DOMAINE DU CHAUFFAGE.
Description
La présente invention concerne un appareil de
chauffage par rayonnement,destiné à utiliser indifféremment l'éner-
gie électrique (effet Joule) ou l'énergie contenue dans un gaz
(effet de combustion).
Il existe à l'heure actuelle divers appareils de chauffage par rayonnement qui fonctionnent soit au gaz, soit à l'électricité,et on les a classés en deux grandes catégories en fonction de la nature de l'élément émetteur du rayonnement calorifique: -type dit"obscur" lorsque l'émetteur de rayonnement calorifique a une structure massive, -type dit "lumineux" lorsque l'émetteur a une
structure poreuse ou perforée.
Dans les deux cas,l'élément émetteur de rayonnement est chauffé pour produire le rayonnement calorifique. Le chauffage au gaz est assuré à l'aide de brOleurs de différents types et le chauffage électrique est assuré à l'aide de résistances,également
de types variés.
Compte tenu des difficultés actuelles de production
d'énergie,il convenait de mettre au point des appareils de chauffa-
ge par rayonnement qui puissent fonctionner indifféremment au gaz et à l'électricité et permettre ainsi une utilisation rationnelle
des deux énergies,selon les saisons et les heures creuses de distri-
bution du courant.
Ce problème est résolu selon l'invention à l'aide d'un appareil de chauffage par rayonnement,caractérisé en ce
qu'il comprend un système de chauffage mixte, comportant un dispo-
sitif de chauffage au gaz et un dispositif de chauffage électrique
par résistance,et assurant indifféremment l'échauffement d'un or-
gane émetteur de rayonnement calorifique dont la structure est
adaptée à ce mode de chauffage mixte.
L'invention présente également les caractéristi-
ques ci-après,considérées isolément ou selon toutes leurs combi-
naisons techniquement possibles.
-dans une réalisation de type "obscur",l'organe émetteur de rayonnement calorifique est constitué par un panneau de structure massive,formé d'un matériau réfractaire,notammel d'un métal,et auquel est fixée ou incorporée au moins uni élément conducteur tel qu'une résistance électrique;
-dans une réalisation de type "obscur",le disposi-
tif de chauffage électrique et l'organe émetteur de rayonnement calorifique sont combinés sous la forme d'un panneau de nature massive, constitué d'un matériau réfractaire et électroconducteur, notamment de l'acier inoxydable,du verre ou de la céramique ayant des propriétés d'électroconduction; -dans une réalisation de type "lumineux"',l'organe émetteur de rayonnement calorifique est constitué par un panneau de nature poreuse ou perforée,formé d'un matériau réfractaire et auquel est fixée ou incorporée au moins un élément conducteur tel qu'une résistance électrique; -dans une réalisation de type "lumineux",le dispositif de chauffage électrique et l'organe émetteur de rayonnement calorifique sont combinés sous la forme d'un panneau
de nature poreuse ou perforée qui est formé d'un matériau réfrac-
taire et électroconducteur,notamment de l'acier inoxydable,du verre ou de la céramique ayant des propriétés d'électroconduction; -dans une réalisation de type "lumineux",il est prévu un moyen anti-convection (D) placé devant l'organe émetteur de rayonnement calorifique (C); -ledit moyen anti-convection est constitué par une grille (3])formée d'un métal ou autre matériau réfractaire
placée à l'extérieur de l'appareil et remplissant en outre la fonc-
tion d'un émetteur secondaire de rayonnement calorifique, -le dispositif de chauffage électrique (B) comporte
des résistances espacées les unes des autres et formant simultané-
ment ledit moyen anti-convection; -le dispositif de chauffage au gaz comporte un panneau de sortie de gaz de combustion,de nature perforée et poreuse formé d'un matériau réfractaire et constituant un premier émetteur de rayonnement calorifique,tandis que le dispositif de chauffage électrique placé devant ledit panneau est constitué par une plaque formée d'un matériau électroconducteur constituant un second émetteur de rayonnement calorifiqueladite plaque étant munie de perforations pour remplir la fonction dudit moyen anti-convection, -le dispositif de chauffage au gaz et le dispositif de chauffage électrique sont constitués par un seul et même tube, perforé dans la zone située à l'intérieur de l'organe émetteur de
rayonnement calorifique et relié à une source de courant électrique.
D'autres avantages et caractéristiques de l'inven-
tion seront mis en évidence dans la suite de la descriptiondonnée
à titre d'exemple non limitatif,en référence aux dessins annexés dans lesquels: Figs.1 et 2 représentent deux exemples d'appareils de types connus correspondant respectivement au type "obscur"pour la figure 1 et au type "lumineux" pour la figure 2;
Fig.3 est un schéma montrant la structure de princi-
pe de l'appareil de chauffage mixte conforme à l'invention; Fig.4 montre schématiquement la structure d'un appareil de chauffage selon l'invention de type "obscur" et de profil plan; Fig.5 est une vue schématique d'un appareil de chauffage du type "obscur" et de profil tubulaire; Fig.6 montre schématiquement une structure simple d'un appareil de chauffage du type "lumineux"; Fig.7 montre schématiquement l'agencement de l'ensemble composite organe émetteur/résistances dans le cas d'un appareil du type lumineux et de profil tubulaire; Figs.8 et 9 représentent schématiquement d'autres modes de réalisation dudit ensemble composite organe émetteur/ résistances;
Figs.10 et 11 sont des vues schématiques,en perspec-
tive et en arrachementde deux autres modes de réalisation d'appa-
reils de chauffage selon l'invention du type lumineux
Sur les figures 1 et 2,on a représenté schématique-
ment respectivement un appareil de chauffage par rayonnement du
type "obscur" (figure 1) et un appareil de chauffage par rayonne-
ment du type "lumineux" (figure 2) correspondant à des réalisations connues. Dans l'appareil du type "obscur" représenté sur la
figure l,une rampe à gaz 5 assure le chauffage d'une plaque 4 émet-
trice de rayonnement calorifique,qui est dans ce cas pourvue
sur sa face arrière de picots 3 destinés à faciliter la transmis-
sion de la chaleur,la partie arrière de l'appareil étant fermée par un caisson l,muni d'un calorifugeage 2 et pourvu à sa partie
supérieure d'une ouverture d'évacuation des gaz de combustion.
Dans l'appareil de type "lumineux" représenté sur la figure 2,il est prévu un carter 7 délimitant une chambre de mélange et de répartition pour le courant d'air et de gaz sortant du mélangeur 6,la combustion s'effectuant dans le panneau 8 formé de plaquettes céramiques et servant d'émetteur de rayonnement calorifique;l'appareil est équipé d'une grille 9 anti-convection en matériau réfractaire,placée à une faible distance devant l'élément émetteur afin de le protéger des courants de convection
qui provoqueraient autrement son refroidissement.
Les deux appareils décrits ci-dessus permettent un chauffage au gaz. Il existe des appareils équivalents conçus pour le chauffage électrique par résistance,aussi bien pour le type
"obscur" que "lumineux".
Lorsqu'on examine les différents appareils fonc-
tionnant soit au gaz,soit à l'électricité,on constate qu'il y a au moins un des éléments constituant l'émetteur que l'on retrouve dans les deux groupes d'appareils. En effet,la propagation de la chaleur par rayonnement est obtenue: -pour les appareils électriques:par l'échauffement
d'éléments tels que des panneaux en verre ou en céramique élec-
troconducteurs,résistances nues en treillis,en épingles ou en
boudins,montées sur des supports isolants réfractaires ou à l'inté-
rieur de tubes en quartz,résistances blindées, etc; -pour les appareils à gaz:par l'échauffement d'éléments métalliques pour les panneaux "obscurs" ou d'éléments réfractaires en acier ou en céramique,de structure poreuse ou perforée. Compte-tenu des difficultés actuelles et futures de production d'énergie,l'invention a pour objet,pour exploiter indifféremment dans un seul et même appareil le chauffage par le gaz et le chauffage par le courant électrique,un appareil de chauffage
par rayonnement de structure mixte permettant une utilisation ra-
tionnelle des deux énergies,dans les meilleures conditions de
disponibilité et de rentabilité.
Ce problème est-résolu,conformément à la présente invention,à l'aide d'un appareil dont la caractéristique de base est schématisée sur la figure 3. Il comprend un organe émetteur de rayonnement calorifique C qui peut être chauffé indifféremment par un dispositif de chauffage au gaz A et par un dispositif de chauffage électrique par résistance B. L'appareil est du type "obscur" lorsque lorgane émetteur C possède une structure massive et il est du type "lumineux" quand l'organe émetteur C possède une structure poreuse ou perforée et dans ce cason prévoitcomme
indiqué ci-dessus,une grille anti-convection D,qui a été repré-
sentée pour cette raison en traits interrompus.
Le dispositif de chauffage au gaz A est d'un type classique et il comporte essentiellement un caisson calorifugé et un brûleur à gaz constitué par une rampe plane ou tubulaire,en
fonction des formes d'appareils.
Le dispositif de chauffage électrique peut se pré-
senter sous différentes formesnotamment les suivantes: a) élément chauffant en fer-chrome-aluminium placé dans un tube de quartz;il est possible d'obtenir des puissances de 1000 à 4000 watts (860 à 3440 kcal/h) pour des longueurs allant de 0,50 m à 1,40 mètre,la température d'émission étant de 1000 à
11000C;
b)élément en nickel-chrome noyé dans de la magnésie et blindé,le blindage en alliage inoxydable réfractaire permettant d'atteindre une température de 700 à -8000C avec une puissance de 1000 watts(860 kcal/h) pour une longueur de l mètre; c)élément en nickel-chrome ou en "kanthal" enroulé à l'état nu autour d'un support isolant (céramique ou mica), l'élément se présentant sous la forme d'un fil enroulé en spirale ou
sous la forme d'un ruban et la température étant généralement limi-
tée à 10000C; d)élément se présentant sous la forme d'un panneau en verre électroconducteur dont la température est de l'ordre de 200 à 3000C pour une puissance de 145 watts/dm 2(125 kcal/h dm) l'arrière du panneau étant calorifugé avec un matelas en laine de verre. Il va de soi que les données numériques indiquées
ci-dessus ne sont absolument pas limitatives de la présente inven-
tion.
L'organe émetteur de rayonnement calorifique a une très grande importance du fait qu'il doit produire une émission de rayonnement aussi bien lors du chauffage par le dispositif à gaz que lors du chauffage par le dispositif électrique, Dans les appareils du type "obscur", cet organe émetteur de rayonnement calorifique a une structure massive; en fonction de la forme de l'appareil,il a un profil plan ou tubulaire,
il est constitué par une plaque en fonte ou en acier qui est nervu-
rée.Une solution simple a été mise en évidence sur la figure 4, o on a désigné par 10 la plaque massive formant l'organe émetteur et qui comporte sur sa face arrière des nervures dans lesquelles sont noyées des résistances blindées Il assurant l'échauffement de la plaque dans sa masse;la rampe à gaz 12 chauffe la plaque sur sa
face arrière.
Selon une variante,on peut faire jouer à l'émetteur une double fonction,à savoir celle du chauffage électrique et celle de l'émission de rayonnement calorifique. Dans ce cas,on utilise une plaque électroconductrice formée de fonte,de t8le d'acier, ou bien de céramique ou verre électroconducteurs. L'échauffement est obtenu soit par électroconduction soit par chauffage au gaz
sur la face arrière.
Dans une autre variante,représentée sur la figure 5,
correspondant à un appareil de forme tubulaire,on prévoit, à l'in-
térieur d'un cylindre 13 en verre,en céramique ou en acier réfractai-
re,un tube métallique 14 d'introduction de gaz,qui présente une structure perforée à l'intérieur de la gaine cylindrique 13. De l'air comburant est introduit par la tubulure 16 et brûle avec le
gazl'évacuation des gaz de combustion étant effectuée en 17.
Dans ce cas,on utilise le tube métallique non seulement comme brû-
leur à gaz mais également comme résistance électrique de chauffage, une alimentation en courant électrique étant prévue comme indiqué
en 15.
Selon une autre variante correspondante,on peut remplacer le tube métallique par un tube en céramiqueperforé de petits canaux,pour permettre le passage du mélange combustible, le tube comportant en outre une gorge hélicoïdale dans laquelle est
logée une résistance électrique.
Sur la figure 6,on a représenté sous sa forme la plus simple un exemple de réalisation d'un appareil de chauffage par rayonnement du type dit "lumineux". Il comporte un caisson calorifugé 19 dans lequel est logé un brOleur à gaz,non représenté, l'appareil comportant sur le côté d'émission un panneau plan en céramique poreuse ou perforée de petits canaux 20,qui joue le rôle de l'organe émetteur de rayonnement calorifique et qui comporte
en surface une résistance incrustée 21 en forme de méandres.
Sur la figure 7,on a représenté un émetteur de forme tubulaire. Il est également constitué d'un matériau céramique poreux ou perforé de petits canaux et il est pourvu de gorges de
section demi-cylindrique dans lesquelles sont logées des résis-
tances boudinées 23. Le brûleur est constitué par une rampe à gaz
placée au centre de la gaine tubulaire et non représentée.
Sur la figure 8,on a indiqué une variante o la pla-
que céramique perforée ou poreuse 24 est pourvue de canaux parallè-
les,par exemple de section demi-cylindrique,comme indiqué,dans les-
quels sont logées des résistances boudinées 25.
Pour produire l'effet anti-convection précité,qui permet d'améliorer le rendement calorifique de l'appareil,on peut adopter l'une des trois solutions mises en évidence sur les
figures 9, 10 et 11.
Sur la figure 9,on dispose des résistances boudi-
nées 26 maintenues par des barreaux à une faible distance de la pla-
que perforée 27,l'ensemble formé par ces résistances 26 produisant
l'effet anti-convection.
Sur la figure l0,les résistances boudinées 28 sont maintenues en position dans des canaux reliés à la plaque réfractaire
perforée ou poreuse 30 par de minces voiles 29; une grille anti-
convection 31 est placée devant les résistances de sorte qu'elle sert ainsi également de récupérateur de chaleur et qu'elle forme
un émetteur secondaire.
Enfinsur la figure llon a illustré un mode de réa- lisation intéressant dans lequel. une plaque en céramique poreuse ou perforée 32 joue le rôle d'émetteur gaz,tandis que l'émetteur électrique est constitué par une plaque perforée 33 en matériau électroconducteur,au travers de laquelle sont évacués les produits de combustion du gaz et qui joue simultanément le r8le de la grille anti-convection;on peut également placer à
faible distance une grille anti-convection en matériau réfractaire.
Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation cidessus décrits et représentés,à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de
réalisation,sans pour cela sortir du cadre de l'invention.
Claims (5)
- 3. Appareil de chauffage par rayonnement selon l'unedes revendications 1 ou 2,caractérisé en ce que,dans une réalisa-tion de type "obscur", le dispositif de chauffage électrique et l'organe émetteur de rayonnement calorifique sont combinés sous laforme d'un panneau de nature massive constitué d'un matériau réfrac-taire et électroconducteur,notamment de l'acier inoxydable,du verreou de la céramique ayant des propriétés d'électroconduction.
- 4. Appareil de chauffage par rayonnement selon la revendication l, caractérisé en ce queidaMs une réalisation de type"lumineux",l'organe émetteur de rayonnement calorifique est consti-tué par un panneau de nature poreuse ou perforée (20)formé d'un ma-tériau réfractaire et auquel est fixée ou incorporée au moins unélément conducteur tel qu'une résistance électrique (21).o Appareil de chauffage par rayonnement selon l'unedes revendications 1 ou 4,caractérisé en ce que,dans une réalisa-tion de type "lumineux",le dispositif de chauffage électrique et l'organe émetteur de rayonnement calorifique sont combinés sous r I panneau de nature poreuse ou perforée qui est formé d'un matériau réfractaire et électroconducteur,notamment d'acier inoxydable,duverre ou de la céramique ayant des propriétés d'électroconduction.
- 6. Appareil de chauffage par rayonnement selon la revendication l, caractérisé en ce que,dans une réalisation de type "lumineux",il est prévu un moyen anti-convettion (D) placé devantl'organe émetteur de rayonnement calorifique (C).
- 7. Appareil de chauffage par rayonnement selonl'une des revendications 1 ou 6, caractérisé en ce que ledit moyenanti-convection est constitué par une grille (31) formée d'unmétal ou autre matériau réfractaire placée à l'extérieur de l'appa-reil et remplissant en outre la fonction d'un émetteur secondairede rayonnement calorifique.
- 8.Appareil de chauffage par rayonnement selon l'unedes revendications 1 ou 6,caractérisé en ce que le dispositif dechauffage électrique (B) comporte des résistances (26) espacées les unes des autres et formant simultanément ledit moyen - anti-convec iono 9. Appareil de chauffage par rayonnement selon l'unedes revendications 1 ou 6,caractérisé en ce que le dispositif dechauffage au gaz comporte un panneau ('32) de sortie de gaz decombustion,de nature perforée et poreuse,formé d'un matériau réfrac-taire et constituant un premier émetteur de rayonnement calorifique, tandis que le dispositif de chauffage électrique placé devant ledit panneau (32) est constitué par une plaque (33) formée d'un matériau électroconducteur constituant un second émetteur de rayonnement calorifique,ladite plaque (33) étant munie de perforations pour remplir la fonction dudit moyen anti-convectiono Appareil de chauffage par rayonnement selon la revendication 1 et pourvu d'un profil tubulaire, caractérisé en ce-249206112 -que le dispositif de chauffage au gaz et le dispositif de chauffage électrique sont constitués par un seul et même tube, perforé dans la zone située à l'intérieur de l'organe émetteur de rayonnement calorifique et relié à une source de courant électrique.
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