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LE MINISTRE DES AFFAIRES ECONOMIQUES ET DES CLASSES MOYENNES,
Vu l'arrêté-loi du 8 juillet 1946, prorogeant, en raison des événements de guerre les délais en matière de propriété industrielle et la durée des brevets d'invention ;
Vu la requête introduitele 4 février 1947 par Fritz Frenkel
Vu la publication de cette requête au Moniteur Belge dU 7 décembre 1947
Considérant qu'aucune réclamation n'a été introduite, dans le délai réglementaire, à la suite de cette publication ,
Considérant qu'il résulte des justifications fournies à l'appui de la requête que le brevet No 406.535 pour
Réchauffeur d'air à ventilateur à chauffage au gaz ou à l'huile principalement employé au chauffage de locaux n' a pu être exploité , par suite de l'état de guerre,
pendant une période équivalent à quatre années d'exploi- tation normale ;
Considérant, d'autrepart, que le maximum de prolongation prévu par l'arrêté-loi du 8 juillet 1946 est fixé à cinqans; A R R E T E :
ARTICLE PREMIER. - La durée du brevet No 406.535 pour : Réchauffeur d'air à ventilateur à chauffage au gaz ou à l'huile principalement employé au chauffage de locaux accordé à Gea Lufterhitzer G. m.b.H. et Mr. F. Frenckel pour prendre cours le 29 novembre 1934 cède sa part de droit à Mr. F. Frenckel suivant notification du 6 janvier 1952 est prolongée de quatre années.
ART. 2. - La prolongation est accordée sous condition du paiement, dans le mois de son octroi, de la taxe spé- ciale prévue à l'art. 6 de l'arrêté-loi du 8 juillet 1946 précité.
ART. 3. - Le présent arrêté sera annexé au titre du brevet.
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'Réchauffeur d'air à ventilateur, à chauffage au gaz ou à 'huile principalement employé au chauffage de locaux".
@ L'invention se rapporte à un réchauffeur d'air à ventilateur,à chauffage au gaz ou à l'huile,pour lequel le brûleur est disposé dans un corps creux,et qui est principa- lement employé à la production d'air tiède ou chaud pour le chauffage de locaux.
L'invention s'est posé le problème, de créer un réchauffeur d'air, dont le rendement est supérieur à celui des dispositifs connus,et qui ne demande en outre que des frais de fabrication peu élevés.pour solutionner ce problème, l'invention part de l'idée,de provoquer la transmission de chaleur par rayonnement, dans une beaucoup plus forte mesure que cela n'est le cas pour les dispositifs connus.Dans ce but l'invention tire parti du fait connu.,que le coefficient de transmission de chaleur par rayonnement, dans le domaine des températures élevées,est notablement plus haut,que le coeffi- cient de transmission de chaleur par convection,et qu'il peut
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être un multiple de ce dernier .A ceci vient t'ajouter le fait,
que des surfaces chauffées par rayonnement,peuvent se fabri- quer à meilleur marché, qu'un dispositif à bon rendement peur la transmission de chaleur par convection (p. ex. des disposi- tifs à tuyaux à ailettes).Comme une surface, transmettant la chaleur par rayonnement,peut être formée par un corps creux de formes simples de dimensions suffisamment grandes,il en résulte une plus faible sensibilité de ce genre d'appareils aux fatigues résultant des températures élevées.
Conformément à l'invention,il est crée un échan- geur de chaleur d'un effet de rayonnement favorable,par le fait,que le brûleur est disposé dans un corps creux,en-dessous de l'axe de celui-ci, de façon que la direction de la flamme, respectivement des gaz de combustion est dirigée perpendicu- lairement à l'axe du corps creux. Il est connu, que l'énergie de rayonnement dépend d'abord de la direction sous laquelle les rayons touchent la paroi.
L'énergie de rayonnement est la plus élevée,quand les rayons touchent la paroi perpendiculai- rement, tandis que cette énergie devient dt autant plus faible que l'angle # compris entre la direction des rayons et la per- pendiculaire sur la surface à chauffer, devient plus grand.En outre l'énergie transmise par rayonnement est inversement pro- portionnelle au carré de la distance de la paroi à la flamme.
Pour l'échangeur de chaleur à rayonnement établi suivant l'in- vention, la distance du brûleur à la paroi chauffée .mesurée dans le sens de la direction des gaz,diminue graduellement,ce qui répondrait en somme à une diminution correspondante de l'effet de rayonnement .Mais comme en même temps,l'angle #, qui est très grand au voisinage du brûleur,diminue progressive- ment dans le sens de la direction des gaz,pour devenir finale- ment zéro,il est au total transmis à chaque point de la parei de l'échangeur de chaleur à rayonnement,une quantité de chaleur moyenne,de sorte qu'il en résulte une transmission de chaleur
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Lors d'essais,il a été constaté,que l'air à réchauffer,
tou-
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chant à sa partie ext.iérieurell'échangeur de chaleur par rayonnementatteint à peu près la même température à tous les points de la circonférence.
Une telle répartition uniforme de la transmission de chaleur, sur toutes les parties de la paroi de l'échangeur à rayonnement, n'est pas réalisée, si,conformément à la disposi- tion des échangeurs de chaleur connus,les gaz de combustion sont conduits dans la direction de l'axe du corps creux.Pour cette disposition,au voisinnage du brûleur,qui est installé dans le bas, pour les motifs de la très faible distance du brûleur à la paroi,et de la direction des rayons perpendiculai- re à la paroi (angle '1 . zéro),il est transmis aux environs du brûleur une très grande énergie de rayonnement,de sorte que la paroi du corps creux peut devenir rouge,.L'énergie de rayonne- ment, diminue cependant très rapidement dans le sens de la di- rection du chemin des gaz ,
parce que l'angle # comme également l'éloignement du brûleur, augmentent. Pour des dispositifs con- nus de ce genre,il résulte donc une répartition très inégale de la transmission de chaleur sur la surface à chauffer,ce qui con- duit par conséquent à des fatigues défavorables des matériaux de construction.
Comme,pour différents motifs,il n'est pratiquement pas possible de refroidir les gaz de combustion jusqu'à la température usuelle de cheminée, dans un échangeur de chaleur à rayonnement,l'invention prévoit,pour des cas où cela est dé- siré,de disposer à l'arrière de l'échangeur de chaleur à rayonnement - en considérant le chemin parcouru par les gaz de combustion - un autre échangeur de chaleur,fait de tubes ou de plaques creuses,dans lequel les gaz de combustion,quittant le premier, cèdent par convection,le reste de leur chaleur à l'air.
De cette manière la surface de transmission de chaleur est divisée en deux étages, dans le premier,la transmission de chaleur se fait essentiellement par rayonnement,dans le second essentiellement par convection.Il est plus économique de pré-
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voir cette division,de façon que l'échangeur à rayonnement fournisse la plus grande partie de la chaleur, p. ex. les 2/3 Pour une telle disposition,les gaz de combustion se sont déjà considérablement refroidis (p.ex. jusqu'à 800 C. et moins), quand, ils entrent dans l'échangeur formant le second étage,de sorte que la fatigue par la chaleur des tuyaux de celui-ci,est considérablement diminuée.
D'autre part,la transmission de chaleur par convection est plus favorable dans le second étage que la transmission par rayonnement, parceque, pour le motif de la moindre température des gaz, le coefficient de transmission de chaleur par rayonnement, est tombé en-dessous de celui de la transmission de chaleur par convection.
La division en deux étages,proposée par l'invention,assure donc aux réchauffeurs une adaptation complète, aux conditions thermiques et aux con- ditions de leur service,pour le chauffage de l'air,au moyen de gaz ou d'huile,
Il va de soi,que,dans certains cas,l'échangeur de chaleur à rayonnement peut être employé seul, c'est à dire sans l'adjonction de l'échangeur de chaleur en tubes ou en plaques creuses du second étage ,ceci spécialement quand on recherche une exécution simple et bon marché du réchauffeur,plutôt qu'un refroidissement poussé des gaz de combustion,ou que les gaz quittant l'échangeur de chaleur à rayonnement avec une tempé- rature élevée ( p. ex. 400 0.) ,doivent être employés pour un autre usage que le chauffage d'un local (p. ex.
pour le sécha- ge).
En faisant usage des deux étages,on réalisera un réchauffeur d'un très grand rendement,à des frais de fabrica- tion peu élevés et qui n'a qu'un faible encombrement.
La réalisation constructive de l'invention,peut se faire de différentes façons. Une des exécutions les plus appre- priées,consiste à munir de la façon connue le corps creux ser- vant d'échangeur de chaleur à rayonnement,d'une enveloppe, l'en- tourant ainsi d'un canal annulaire pour le passage de l'air,de
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le fermer aux deux faces par des couvercles coniques,tandisque l'enveloppe formant le corps creux extérieur,est muni à ces deux faces de couvercles,portant les tubulures d'entrée et de sortie de l'air. Le corps creux servant d'échangeur de chaleur est ensuite muni à sa partie extérieure d'ailettes disposées parallélement à son axe,la hauteur de celles-ci est telle à atteindre presque la paroi intérieure de l'enveloppe extérieure.
De cette façon un écoulement facile et rapide vers l'air à ré- chauffer,de la chaleur transmise par rayonnement à l'échangeur de chaleur 1 est assuré. Le second étage de la surface chauffau- te,dans lequel la transmission de chaleur se fait par convec- tion,est le plus avantageusement constitué par un échangeur de chaleur,formé par des tuyaux à ailettes disposés horizonta- lement,et qui est placé au-dessus de l'échangeur de chaleur à rayonnement à double enveloppe,de façon que les gaz de combus- @ tion passent le second étage dans la direction'bas en haut, sans déviation.
La hauteur totale du réchauffeur n'est pas sensiblement augmentée par l'adjonction du second étage, et la disposition horizontale des tuyaux à ailettes s'adapte très bien à la forme de l'échangeur de chaleur à rayonnement .La conduite des gaz de bas en haut,par la voie la plus directe, diminue dans une très forte mesure la résistance au tirage.
Du point de vue du chemin parcouru par l'air,les deux étag les de surfaces chauffantes peuvent être mises en parallèle ou en série, En cas d'une disposition en série,il serait naturellement nécessaire,pour réaliser les avantages de l'effet à contre-courant,de faire passer l'air d'abord dans la batterie de chauffe à tuyaux et ensuite seulement autour de l'échangeur de chaleur à rayonnements Cette disposition en sé- rie est spécialement indiquée pour le cas où une température élevée de sortie de l'air est désirée.
La disposition en parallèle des deux étages a l'a- vantage de réaliser un ensemble simple du réchauffeur,Une exé- cution de cette disposition,spécialement appropriée,est réalisée
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en bifurquant à partir des tubulures d'entrée et de sortie de l'air - celles-ci étant de préférence disposées dans le même axe que le corps de l'échangeur de chaleur à rayonnement - des canaux,lesquels amènent une partie de l'air, fourni par le ventilateur,au réchauffeur à tuyaux formant second étage, cet air après avoir passé dans le réchauffeur,est évacué par l'un des canaux ci-dessus et se mélange avec l'air réchauffé par l'échangeur à rayonnement, à la sortie de celui-ci.
Le plan renseigne un exemple d'exécution de l'in- vention.
La. figure 1 est une vue en élévation.
La. figure 2 est une vue de coté, en partie en coupe.
Le brûleur à gaz 1 est disposé dans le bas d'un échangeur de chaleur à rayonnement, celui-ci est constitué par deux corps creux cylindriques 2 et 3,placés l'un dans l'autre .
La disposition est choisie de façon à ce que la direction de la flamme,respectivement des gaz de combustion soit perpendi- culaire à l'axe du réchauffeur à rayonnement. Le corps creux 2 est fermé à ses deux extrémités par des couvercles coniques 4, Sur la circonférence du corps 2 et également sur les couvercles 4 sont prévues des ailettes, afin d'agrandir la surface d'échan- ge de chaleur.La hauteur des ailettes 5 est telle,qu'elles se prolongent jusqu'à la paroi du corps cylindrique 3,voir figure 2.
Le corps creux extérieur 3 possède des tubulures 2 et 8 pour l'entrée et la sortie de l'air,la forme de ces tubulures s'adapte aux couvercles coniques 4. Au moyen d'un ventilateur - qui n'est pas indiqué sur le plan - l'air est pressé dans la direction de la flèche x, dans l'espaça, annu- laire formé par les deux corps 2 et 3 pour ressortir dans la direction de la flèche y, après s'être réchauffé aux surfaces de rayonnement 2 fortement chauffées.
Les corps creux 2 et 3 possèdent à leur partie supé- rieure une ouverture longitudinale 9,qui permet le passage des
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ture longitudinale 9 est séparée d'une façon étanche de l'es- pace d'air annulaire,au moyen du joint 11. De la tubulure d'entrée d'air?, bifurque un canal 12,qui amène une partie de l'air aux tuyaux du réchauffeur 10. Cet air,passant à l'inté- rieur des tuyaux,est chauffé par les gaz de combustion entrant par l'ouverture longitudinale 9 et lèchent l'extérieur des tuyaux à ailettes,il s'écoule ensuite par le canal de bifurca- tion 13,pour se mélanger à l'air quittant l'échangeur de chaleur à rayonnement,et sortir ensemble avec celui-là dans la direction de la flèche y.
Pour l'exemple d'exécution représenté,le réchauf- feur 10,se compose de tuyaux elliptiques à ailettes,disposée en quinconce,lesquels,par suite de leurs avantages thermiques et aérodynamiques,donnent le meilleur rendement.Les gaz chauf- fants quittent le réchauffeur par la tubulure 14 et sont en- suite évacués d'une manière quelconque.
Dans la partie supérieure de la chambre de rayon- nement,on peut utilement disposer une ou plusieurs surfaces de rayonnement en métal,amiante,etc.. de forme quelconque, qui éviteront, que la flamme ne vienne toucher directement les tuyaux à ailettes. Cette surface de rayonnement peut par exemple être exécutée en forme d'un segment de cylindre et être disposera une certaine distance en-dessous de l'ouvertu- re longitudinale supérieure 9.Cet écran,par l'effet de rayon- nement,rendra de nouveau la chaleur absorbée,à la paroi inté- rieure du corps creux.
Les corps 2 et 3 peuvent être exécutés en métal p.ex. en cuivre ou en acier,l'utilisation d'autres matériaux est cependant également possible.
Il va de soi qu'il est également possible,à l'in- verse de l'exemple d'exécution décrit,de faire passer les gaz de combustion à l'intérieur des tuyaux et l'air à réchauffer à l'extérieur.
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THE MINISTER OF ECONOMIC AFFAIRS AND MIDDLE CLASSES,
Considering the decree-law of July 8, 1946, extending, because of the events of war, the deadlines in matters of industrial property and the duration of invention patents;
Having regard to the application filed on February 4, 1947 by Fritz Frenkel
Having regard to the publication of this request in the Belgian Official Gazette of December 7, 1947
Considering that no complaint has been lodged, within the regulatory period, following this publication,
Considering that it follows from the justifications provided in support of the request that patent No. 406,535 for
Air heater with gas or oil fired fan mainly used for space heating could not be exploited, owing to the state of war,
for a period equivalent to four years of normal operation;
Considering, on the other hand, that the maximum extension provided for by the decree-law of July 8, 1946 is set at five years; STOPPED :
FIRST ARTICLE. - The duration of patent No. 406,535 for: Air heater with gas or oil heating fan mainly used for space heating granted to Gea Lufterhitzer G. mbH and Mr. F. Frenckel to take effect on November 29, 1934 cedes its share of rights to Mr. F. Frenckel following notification of January 6, 1952 is extended by four years.
ART. 2. - The extension is granted subject to payment, in the month of its granting, of the special tax provided for in art. 6 of the aforementioned decree-law of July 8, 1946.
ART. 3. - This decree will be annexed to the title of the patent.
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'Fan-assisted, gas or oil-fired air heater mainly used for space heating'.
@ The invention relates to an air heater with fan, gas or oil heating, for which the burner is arranged in a hollow body, and which is mainly used for the production of warm air. or hot for space heating.
The invention has posed the problem of creating an air heater, the efficiency of which is greater than that of known devices, and which furthermore requires only low manufacturing costs. To solve this problem, the The invention starts from the idea of causing the transmission of heat by radiation to a much greater extent than is the case for known devices. For this purpose the invention takes advantage of the known fact., that the coefficient heat transfer rate by radiation, in the high temperature range, is significantly higher, than the heat transfer coefficient by convection, and can
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be a multiple of the latter. To this is added the fact,
that radiant-heated surfaces can be manufactured more cheaply than an efficient device for transmitting heat by convection (eg finned pipe devices). Like a surface, transmitting heat by radiation can be formed by a hollow body of simple shapes of sufficiently large dimensions, resulting in a lower sensitivity of this type of device to fatigue resulting from high temperatures.
According to the invention, a heat exchanger with a favorable radiation effect is created by the fact that the burner is placed in a hollow body, below the axis thereof, of so that the direction of the flame, respectively of the combustion gases, is directed perpendicular to the axis of the hollow body. It is known that the energy of the radiation depends first of all on the direction in which the rays hit the wall.
The radiation energy is highest when the rays touch the wall perpendicularly, while this energy becomes dt as much lower than the angle # between the direction of the rays and the perpendicular on the surface to be heated , becomes larger. In addition, the energy transmitted by radiation is inversely proportional to the square of the distance from the wall to the flame.
For the radiant heat exchanger established according to the invention, the distance from the burner to the heated wall, measured in the direction of the gas direction, gradually decreases, which would respond in sum to a corresponding decrease in the temperature. radiation effect. But as at the same time the angle #, which is very large in the vicinity of the burner, gradually decreases in the direction of the direction of the gases, to finally become zero, it is in total transmitted to each point of the area of the radiation heat exchanger, an average amount of heat, so that heat transmission results
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During tests, it was found that the air to be heated,
all
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edge at its outer part, the radiant heat exchanger reaches approximately the same temperature at all points of the circumference.
Such a uniform distribution of the heat transfer, over all parts of the wall of the radiation exchanger, is not achieved, if, according to the arrangement of known heat exchangers, the combustion gases are conducted in the direction of the axis of the hollow body.For this arrangement, in the vicinity of the burner, which is installed at the bottom, for the reasons of the very small distance from the burner to the wall, and the direction of the rays perpendicular at the wall (angle '1. zero) a very high radiant energy is transmitted to the surroundings of the burner, so that the wall of the hollow body may turn red. The radiant energy, however, decreases very rapidly in the direction of the direction of the gas path,
because the angle # as also the distance from the burner increases. For known devices of this kind, therefore, there results a very uneven distribution of the heat transmission over the surface to be heated, which consequently leads to unfavorable fatigue of the building materials.
As, for various reasons, it is practically not possible to cool the combustion gases to the usual temperature of the chimney, in a radiant heat exchanger, the invention provides, for cases where this is desired , to place at the rear of the radiation heat exchanger - considering the path traveled by the combustion gases - another heat exchanger, made of tubes or hollow plates, in which the combustion gases, leaving the first, give up by convection, the rest of their heat to the air.
In this way the heat transmitting surface is divided into two stages, in the first the heat transmission takes place mainly by radiation, in the second mainly by convection. It is more economical to pre-
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see this division, so that the radiant heat exchanger supplies most of the heat, p. ex. 2/3 For such an arrangement, the combustion gases have already cooled considerably (e.g. up to 800 C. and less), when they enter the exchanger forming the second stage, so that the heat fatigue of the pipes thereof, is considerably reduced.
On the other hand, the heat transmission by convection is more favorable in the second stage than the transmission by radiation, because, for the reason of the lower temperature of the gases, the coefficient of heat transmission by radiation, has fallen below that of heat transmission by convection.
The division into two stages, proposed by the invention, therefore ensures the heaters a complete adaptation, to the thermal conditions and to the conditions of their service, for the heating of the air, by means of gas or oil,
It goes without saying that, in certain cases, the radiation heat exchanger can be used alone, that is to say without the addition of the heat exchanger in tubes or hollow plates of the second stage, this especially when looking for a simple and inexpensive design of the heater, rather than thorough cooling of the combustion gases, or the gases leaving the radiant heat exchanger at a high temperature (eg 400 0.) , must be used for a purpose other than space heating (eg.
for drying).
By making use of the two stages, a heater with very high efficiency will be produced, at low production costs and which has only a small footprint.
The constructive realization of the invention can be done in different ways. One of the most suitable embodiments consists in providing, in the known manner, the hollow body serving as a radiation heat exchanger with a casing, thus surrounding it with an annular channel for the passage of heat. looks like
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close it on both sides by conical lids, while the casing forming the outer hollow body is provided on these two sides with lids, carrying the air inlet and outlet pipes. The hollow body serving as a heat exchanger is then provided at its outer part with fins arranged parallel to its axis, the height of which is such as to almost reach the inner wall of the outer casing.
In this way an easy and rapid flow towards the air to be heated, of the heat transmitted by radiation to the heat exchanger 1 is ensured. The second stage of the heated surface, in which the heat transmission takes place by convection, is most advantageously constituted by a heat exchanger, formed by finned pipes arranged horizontally, and which is placed at the top. above the jacketed radiant heat exchanger so that the combustion gases pass the second stage in the down-up direction without deviation.
The total height of the heater is not significantly increased by the addition of the second stage, and the horizontal arrangement of the finned pipes adapts very well to the shape of the radiant heat exchanger. at the top, by the most direct route, the resistance to pulling is very much reduced.
From the point of view of the path traveled by the air, the two stages of heating surfaces can be put in parallel or in series, In case of a series arrangement, it would naturally be necessary, to realize the advantages of the effect countercurrently, to pass the air first through the pipe heating coil and then only around the radiant heat exchanger. This standard arrangement is especially suitable for cases where a high temperature of air outlet is desired.
The parallel arrangement of the two stages has the advantage of realizing a simple assembly of the heater. A specially suitable execution of this arrangement is made.
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branching off from the air inlet and outlet pipes - these preferably being arranged in the same axis as the body of the radiant heat exchanger - channels, which lead part of the air, supplied by the fan, to the second stage pipe heater, this air after having passed through the heater, is discharged through one of the above channels and mixes with the air heated by the radiation exchanger, at the exit of it.
The plan provides an example of execution of the invention.
Figure 1 is an elevational view.
Figure 2 is a side view, partly in section.
The gas burner 1 is arranged at the bottom of a radiant heat exchanger, the latter consists of two cylindrical hollow bodies 2 and 3, placed one inside the other.
The arrangement is chosen so that the direction of the flame, respectively of the combustion gases, is perpendicular to the axis of the radiant heater. The hollow body 2 is closed at its two ends by conical lids 4, On the circumference of the body 2 and also on the lids 4 are provided fins, in order to enlarge the heat exchange surface. fins 5 is such that they extend to the wall of the cylindrical body 3, see figure 2.
The outer hollow body 3 has pipes 2 and 8 for the air inlet and outlet, the shape of these pipes adapts to the conical covers 4. By means of a fan - which is not indicated on the plane - the air is pressed in the direction of the arrow x, in the annular space formed by the two bodies 2 and 3 to come out in the direction of the arrow y, after having warmed up to the surfaces of radiation 2 strongly heated.
The hollow bodies 2 and 3 have at their upper part a longitudinal opening 9, which allows the passage of
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The longitudinal ture 9 is separated in a sealed manner from the annular air space by means of the seal 11. From the air inlet pipe ?, a channel 12 branches off, which brings part of the air to the pipes of the heater 10. This air, passing inside the pipes, is heated by the combustion gases entering through the longitudinal opening 9 and licks the outside of the finned pipes, it then flows through the bifurcation channel 13, to mix with the air leaving the radiant heat exchanger, and exit together with this in the direction of the arrow y.
In the exemplary embodiment shown, the heater 10 is made up of elliptical finned pipes, staggered, which, owing to their thermal and aerodynamic advantages, give the best efficiency. The heating gases leave the heater. heater through tubing 14 and are then evacuated in some way.
In the upper part of the radiating chamber, one or more radiating surfaces made of metal, asbestos, etc., of any shape, can usefully be arranged, which will prevent the flame from directly touching the finned pipes. This radiation surface can for example be made in the form of a segment of a cylinder and will have a certain distance below the upper longitudinal opening 9. This screen, by the effect of radiation, will render again the heat absorbed, to the inner wall of the hollow body.
Bodies 2 and 3 can be made of metal, eg copper or steel, the use of other materials is however also possible.
It goes without saying that it is also possible, unlike the exemplary embodiment described, to pass the combustion gases inside the pipes and the air to be heated outside.