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" Système de chauffage électrique"
La nouvelle invention concerne un système de chauf- fage électrique et consiste en ce qu'au lieu de fils métalli- ques de chauffage incandescents à petite surface de chauffe, on emploie de grandes surfaces de chauffe sous forme de pla- ques de chauffage, qui ne doivent pas ni ne peuvent être por- tées à l'incandescence, et qui sont séparées de l'espace extérieur de telle façon que l'air peut seulement s'écouler librement par-dessus ces surfaces de chauffe en tournant de bas en haut.
Pour obtenir des surfaces de chauffe de ce type, des matières conductrices, comme le graphite, le char- bon, le coke, le noir de fumée, éventuellement additionnées de produits augmentant la résistance électrique, sont préci- pitées sous forme colloïdale ou à peu près colloïdale ou en mélange avec du graphite moulu, c'est-à-dire non colloïdal,
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éventuellement en mélange avec de l'argile colloïdale, dans les pores de la surface de masses ou pâtes minérales poreuses, en couche aussi mince que possible, de façon que lors du pas- sage du courant électrique, on n'obtienne que de basses tem- pératures, de l'ordre de 50 à 300 C - mais réparties sur de grandes surfaces - pour lesquelles le carbone n'est pas atta- qué par l'oxygène de l'air.
Les plaques, barres, tiges ou cylindres de chauffage selon la présente invention consistent en substances réfrac- taires céramiques, telles que, par exemple, la porcelaine, l'argile, le verre, le quartz, de même qu'en mélanges d'argile et de magnésie ou d'argile et d'acide silicique, ou enfin aussi en béton de ciment, en éternit, en masses filtrantes, en béton mousse et en matières analogues. Ces corps de base sont soit poreux de part en part, comme les plaques filtran- tes dites minérales, les diaphragmes, la chamotte (argile réfractaire) à fins pores, ou bien denses, et alors seule leur surface est rendue poreuse ou recouverte d'une mince couche poreuse.
Ces plaques, barres, etc. sont, selon l'in- vention, imprégnées de graphite colloidal ou presque colloï- dal ou d'un mélange des deux ou d'un mélange de gros grains de graphite, de coke, de charbon ou encore de noir de fumée ou de leurs mélanges particuliers en solution aqueuse ou non aqueuse, par exemple alcoolique, de façon que la matière con- ductrice soit aspirée dans les pores en quantité telle que, pour une tension donnée et une intensité de courant désirée, elle permette de produire à volonté des températures superfi- cielles de tous les échelons entre 50 et 300 C.
Après l'im- prégnation, l'agent de dispersion est éliminé complètement, par exemple par séchage ; obtient ainsi une couche conduc- trice extrêmement mince (comme un souffle) de graphite ou de carbone, à l'état colloïdal, ou des deux dans les pores du support, laquelle adhère bien dans les pores et est d'une du- rée d'existence presque illimitée, car elle s'avère extrême-
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ment résistante à l'air aux basses températures qui se présen- tent. Utilement, on fixe ou précipite le graphite etc. colloi- dal par chauffage intense, pulvérisation ou cuisson, sur les surfaces céramiques, afin qu'il y adhère d'une façon irréver- sible.
Dans le cas des matières bonnes conductrices, par exemple du graphite, on peut pour augmenter la résistance, par exemple en cas de raccourcissement des électrodes ou d'augmentation de l'épaisseur de la couche conductrice, ajou- ter à la dispersion de graphite de l'argile colloïdale, de l'acide silicique, du gel d'oxydule de fer, du gel d'oxyde d'aluminium ou enfin aussi du verre soluble sous forme de dispersion, en quantité telle qu'on obtienne finalement la conductivité voulue.
Les électrodes à couche conductrice plus ou moins mince ainsi fabriquées peuvent encore en outre être pourvues d'un mince revêtement pour la protection,contre l'air et l'humidité. Ce revêtement consiste soit, par exemple, en ver- re soluble seul, soit en verre soluble avec des additions d'argile colloïdale ou de carbonate de calcium et est formé comme suit: après l'application du revêtement, on laisse d'abord sécher lentement à l'air et ensuite on durcit à tem- pérature élevée par cuisson de façon à former une couche sem- blable à un émail.
Dans le cas des électrodes fabriquées ainsi, la couche conductrice peut être considérablement plus épaisse, puisque lors de l'application de la couche de revê- tement, celle-ci pénètre entre les particules de graphite ou de charbon qui ne sont pas encore liées fermement les unes aux autres et augmente ainsi la résistance. Si des températu- res de chauffage non supérieures à 150-160 C doivent être employées, les laques de condensation phénolique, avec ou sans produit durcissant, peuvent aussi servir de revêtements protecteurs.
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Une autre possibilité de fabrication des électrodes consiste à imprégner les plaques, barres etf. en masse filtran' te poreuse, d'une solution de sucre de concentration convena- ble ou d'un produit analogue, par exemple de mélasse, de substances albuminoides hydrosolubles, et à les chauffer en- suite lentement dans des fours de chauffage jusqu'à la tempé- rature de carbonisation. Si les plaques doivent présenter un pouvoir chauffant relativement élevé, l'imprégnation et la carbonisation sont opérées plusieurs fois successivement, de sorte qu'on obtient une surface de charbon plus solide.
Ici aussi, on peut régler la résistance en dispersant une quanti- té convenable d'argile dans la solution de sucre ou de mélas- se, les esters ou éthers de cellulose, cette argile se préci- pitant conjointement au cours de la carbonisation et raffermis- sant ainsi encore, en même temps, la couche de charbon. Au lieu d'argile, on peut aussi mettre, d'autres substances miné- rales, qui sont en même temps de faibles conducteurs, par exemple de l'oxyde de fer magnétique (Fe3O4) moulu sous forme colloïdale ou presque colloïdale, en suspension dans la solu- tion de sucre et les carboniser avec celle-ci à température aussi basse que possible.
Au lieu d'une solution de sucre, on peut employer n'importe quelle matière organique'soluble dans l'eau ou dans l'alcool et susceptible d'être carbonisée; ain- si, pour obtenir une résistance élevée, du graphite coloïdal etc. ou les hydrocarbures qui se carbonisent, avec addition d'argile nu de kaolin, à l'état colloïdal, d'oxydule de fer colloidal, etc. ou des sels métalliques qui fournissent des oxydes par carbonisation, sont précipités, après mélange, dans les pores des matières céramiques et sont cuits ensuite, après le séchage, jusqu'à la température de concrétion.ou de cuisson.
Des plaques, cylindres ou électrodes en forme de bar- res en masses filtrantes poreuses de part en part sont - se-
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lon la quantité de courant ainsi que la température de chauf- fage finale voulues - imprégnées plus ou moins complètement de la matière conductrice. Mais on peut aussi employer des pla- ques ou des tubes qui sont constitués d'une matière non poreu- se, mais dont les surfaces sont munies d'un revêtement plus ou moins mince d'une.masse poreuse, après qu'elles ont été ren- dues poreuses et rugueuses par corrosion,ou par une soufflerie à jet de sable. L'avantage de cette dernière réalisation con- siste en ce que, dans ce cas, les deux côtés des plaques peu- vent être connectés électriquement en série l'un à l'autre.
La fabrication de plaques de ce type correspond à cel- le des plaques ou tubes imprégnés complètement. Ces plaques de chauffage peuvent être fabriquées d'une manière particulière- ment simple et peu coûteuse à partir de plaques mattes en ver- re ou en porcelaine, qui sont revêtues de ciment poreux ou de gypse dur etc. d'une épaisseur d'environ 1 à 5 mm. Dans ce cas, la dispersion de charbon ou de graphite additionnée de 5 à
10% d'un liant, par exemple d'une solution de mélasse sans ou avec addition de graphite est projetée au moyen d'un aérogra- .phe ou pistolet à peinturer, jusqu'à l'obtention de l'impré- gnation voulue et de l'épaisseur de couche conductrice voulue sur le support, dans les pores duquel elle pénètre par aspira- tion.
Après le séchage, la couche de charbon est chauffée à de hautes températures jusqu'à ce que la mélasse se carbonise et qu'ainsi la poudre de charbon, de coke ou de graphite ou leurs mélanges soient fixés fermement à la surface poreuse.
Dans la fabrication des plaques céramiques poreuses et conductrices,il convient de tenir compte du sens de chargement propre des plaques et, en cas d'état différent du graphite colloidal employé, de changer la charge de celui-ci ou des plaques en sens,polaire contraire, pour obtenir une adhérence élevée du graphite aux surfaces céramiques poreuses.
Si l'on attache de l'importance à l'obtention de
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couches conductrices minces à résistance élevée, on ajoute au liant, du verre soluble ou de l'argile colloidale ou les deux jusqu'à obtention de la conductivité voulue. Après le séchage à l'air, ces couches sont durcies par cuisson sur du ciment poreux ou de la porcelaine ou jusqu'au voisinage de la tempé- rature de concrétion. On obtient ainsi des couches conductri- ces extrêmement solides, présentant un effet chauffant uni- forme.
Les plaques céramiques poreuses peuvent, déjà dans le cas de la fabrication à partir de graphite ou de coke, être mélangées et cuites avec une masse céramique dans un rapport tel que les plaques aient directement l'épaisseur, la largeur et la hauteur voulues ainsi que la résistance voulue et restent plus ou moins poreuses, afin qu'elles puissent être employées selon l'invention sans graphitage ultérieur.
A cette fin, on peut employer, par exemple, un charbon for- mant du gaz, qui en étant chauffé et carbonisé forme des gaz qui provoquent la formation des pores, cependant que l'addi- tion d'argile fournit la partie céramique et augmente la ré- sistance. Le constituant argileux (en pratique environ 10 à 20%) sert de liant et de produit augmentant la résistance.
De la même manière que les plaques munies de couches conductrices minces ou extrêmement minces én graphite, coke, charbon, noir de fumée à l'état colloidal ou à peu près col- loidal (finesse de 0,008 à 0,0005 mm), on peut aussi fabri- quer des surfaces de chauffe cylindriques. De longs tubes minces à surfaces poreuses, que l'on fabrique, éventuellement moyennant admixtion de quantités convenables d'argile colloi- dale et que l'on cuit, peuvent aussi être employés directe- ment comme électrodes en forme de barres, si l'on exécute conformément à l'invention la surface extérieure et intérieu- re sous la forme d'une couche conductrice de grande surface mais de très faible épaisseur, conduisant en aller et retour
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et présentant une haute résistance,
et si l'on emboîte ou glisse ces tubes sur des tubes par exemple en stéatite ou en porcelaine. L'extrémité inférieure d'une semblable électrode en forme de barre est également rendue conductrice pour servir de connexion entre les couches conductrices extérieure et in- térieure. Seule l'extrémité supérieure reste libre sur 1 à 2 cm, et cette partie est métallisée par projection ou pulvéri- sation ou rendue plus conductrice par une'couche plus épaisse de graphite colloidal, et de là des lignes fixes sont condui- tes jusqu'aux chevilles ou fiches de contact. Dans le cas de cette réalisation, on peut aussi obtenir une couche protectri- ce pour la mince couche de charbon au moyen de verre soluble ou d'un mélange de celui-ci avec du carbonate de chaux ou de l'argile.
Pour les intensités de courant relativement grandes, on peut aussi fabriquer les plaques de chauffage ou les élec- trodes en partant de minces plaques filtrantes poreuses en charbon et en les utilisant directement ou en remplissant leurs pores en les imprégnant de dispersion d'argile, d'oxydes de fer etc. à l'état colloldal et en soumettant ces pores, après le séchage, à un courant direct ou à un chauffage dans une atmosphère pauvre en oxygène ou exempte d'oxygène ou dans une atmosphère de gaz neutre, jusqu'à la température de con- crétion ou à une température voisine.
On peut également fabri- quer des plaques conductrices et des électrodes propres aux fins de la présente invention, en mélangeant du charbon et des substances formant des masses filtrantes poreuses dans les rapports quantitatifs voulus et en les pressant sous forme de plaques poreuseseten les cuisant ensuite. De cette manière, on obtient, déjà en une phase de travail, des surfaces finies, plus ou moins conductrices de l'électricité, qui peuvent en- suite être employées directement ou après avoir été imprégnées d'argile ou de matières analogues.
Pour obtenir un chauffage électrique à air avec des
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plaques de chauffage de ce type, on les monte ensemble dans une boite ou carter convenable, de telle façon qu'un interval- le de 1 à 5 cm (d'environ 3 cm pour les usages normaux) reste entre les plaques consécutives pour l'écoulement de l'air. Les différentes plaques sont maintenues équidistantes par des coins d'espacement en porcelaine, ou bien en ciment, en verre ou en une matière analogue. Ces coins d'espacement présentent des fentes d'une largeur et d'une hauteur ou profondeur telles que les contacts métalliques des plaques de chauffage puissent s'avancer à l'intérieur et être serrés.
Des contacts de conne- xion spéciaux placés dans les fentes relient les différentes plaques entre elles en série - éventuellement aussi par grou- pes - selon la tension de courant appliquée.
Pour ce chauffage par plaques, on peut employer aussi bien du courant alternatif que du courant continu comme source d'énergie, de sorte que ce chauffage électrique peut être ap- pelé chauffage universel ou pour tous courants.
Afin de donner en même temps au foyer de chauffage mu- ni des plaques de chauffage décrites, les propriétés d'un foyer en faience, on peut remplir de corps de remplissage sous forme d'anneaux de Raschig ou de corps analogues, l'espace libre entre les différentes plaques. Ces corps de remplissage doi- vent toutefois être suffisamment grands pour ne pas troubler l'écoulement de l'air. Lors du chauffage de l'air, ces corps de remplissage et de chauffage sont chauffés aussi et servent, d'une part, d'accumulateurs de chaleur et, en outre, comme in- termédiaires de la transmission de chaleur à l'air en écoule- ment, de sorte qu'on obtient une circulation ou révolution continue de l'air du local.
Des formes d'exécution pratiques du nouveau système de chauffage vont être expliquées plus en détail par la descrip- tion des dessins ci-annexés.
Les figures 1 à 7 représentent un foyer de chauffage
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électrique à plaques ainsi que la réalisation des plaques pour cet usage, munies de coins isolants (ces derniers sont dessinés à plus grande échelle).
La figure 8 représente une disposition schématique d'un corps de chauffage à parties ou éléments de chauffage cylindriques et les figures 9 et 10 représentent deux formes de réalisation d'une électrode en forme de barre tubulaire.
Sur la figure 1, l'ossature 1 constituée de fers cornières est pourvue d'un espace ou chambre inférieure fer- mée 2 et de conduites d'amenée d'air, 3, 3, 3,y incorporées.
Le foyer ou calorifère est monté sur des roues 4, 4, de sorte qu'il peut être déplacé à volonté. A la partie supérieure, le foyer est fermé par une tôle 5 percée de trous aussi grands que possible pour le.passage, du courant d'air chaud produit. Les différentes plaques de chauffage reposent par leurs coins,sur des isolateurs en porcelaine 6,6 ou dans les fentes 7,7 ménagées dans ces derniers. Ces fentes présentent dans les coins des contacts métalliques 8. Comme les extrémi- tés des plaques de chauffage sont métallisées en une couche suffisamment épaisse, on obtient une bonne connexion électri- que par enfoncement avec des contacts métalliques dans la fente 7.
Les extrémités supérieures des plaques de chauffage sont placées de la même manière dans les fentes 9 des isola- teurs en porcelaine 6a, 6a, 6a, avec intercalation d'un con- tact métallique 10. Le contact électrique est établi par des boulons à vis 17 et des écrous 18.
En cas de raccordement à un réseau de tension relati- vement élevée, par ex. 220 volts, les différentes plaques sont connectées en série les unes aux aut res. Lorsque la ten- sion est plus basse, 3 à 5 plaques sont réunies électriquement en série et quelques-unes de ces séries, en parallèle en un ensemble de chauffage et sont reliées à un contact à fiche 11.
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Sur les figures 1, 2 et 3, toutes les plaques de chauffage sont copnectées en série par les connexions 12, 13, 14, 15 etc., de sorte que le courant qui est introduit par le contact 11, arrive à la première surface de plaque en pas- sant par la connexion 12, à la suivante en passant par la connexion 13 et ainsi de suite jusqu'à la dernière plaque, d'où il est ramené à la fiche 11 par la ligne 16.
Pendant le passage du courant électrique, les surfa- ces, imprégnées de graphite ou d'une matière analogue, des plaques poreuses deviennent très chaudes et réchauffent ainsi l'air environnant, qui peut être conduit plus ou moins vite par trois régulateurs d'amenée d'air 3, 3, 3 par-dessus les surfaces de chauffage et, ainsi plus ou moins chauffé, s'é- coule au dehors à travers la tôle 5 à trous.
Les figures 2 et 3 représentent, respectivement, une coupe transversale horizontale et une coupe transversale ver- ticale pour expliquer de plus près la forme de réalisation décrite. Comme cela a déjà été indiqué, les intervalles entre les plaques de chauffage peuvent être remplis de corps de @ remplissage appropriés de 1 à 2 cm de dimension moyenne, par exemple d'anneaux dits de Raschig, afin, d'une part, d'accu- muler de la chaleur et, d'autre part, d'obtenir une meilleure transmission de chaleur à l'air.
Les figures 4,5, 6 et 7 représentent, à plus grande échelle, des détails de la réalisation des isolateurs fendus en porcelaine supérieurs et inférieurs ainsi que le contact métallique 10, qui, de son côté, à l'aide de boulons filetés 17 et d'écrous 18 est connecté aux plaques de chauffage en haut comme en bas. En outre, on peut voir sur ces dessins les connexions de courant d'une plaque de chauffage à l'au- tre.
La figure 8 est un croquis schématique pour le cas où les éléments de chauffage 19 ont une forme cylindrique et où les surfaces ont été rendues conductrices conformément à
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l'invention, grâce à ce que les surfaces poreuses sont plus ou moins imprégnées de graphite ou de carbone à l'état col- loïdal ou à peu près colloïdal. Dans cette forme de réalisa- tion aussi, les extrémités supérieures et inférieures des cy- lindres sont métallisées et sont connectées électriquement en série individuellement ou par groupes par l'intermédiaire de contacts métalliques annulaires, qui, isolés de l'ossature, sont montés dans la porcelaine.
La forme cylindrique des éléments de chauffage à surface rendue plus ou moins conductrice offre l'avantage que le corps de chauffage électrique peut être construit plus étroit et que les cylindres comme des éléments sembla- bles à des cheminées permettent une meilleure circulation de l'air, même lorsqu'ils sont remplis intérieurement et exté- rieurement d'anneaux de Raschig ou de corps de remplissage similaires.
La figure 9 représente une surface de chauffage en forme de barre. La base d'une électrode de chauffage de ce type est un tube imperméable 20 en quartz, en porcelaine ou en stéatite, dont la surface est revêtue d'une substance ré- fractaire poreuse, par exemple d'argile, de ciment ou de cha- motte poreuse, est cuite de façon à être rendue poreuse, et est ensuite imprégnée, tant intérieurement qu'extérieurement, d'un mélange de graphite colloïdal et d'argile ou de gel de silice dans un rapport tel qu'après la cuisson on obtienne une résistance totale du nombre d'ohms voulu de la surface extérieure comme de la surface intérieure. Les surfaces ex- trêmes sont métallisées et la connexion au contact à fiches est établie par des bagues métalliques 21 (intérieurement) et 22 (extérieurement).
Le système illustré par la fig.9 peut encore être simplifié. A cette fin, on enfile alternati- vement et connecte en série sur un tube solide des tronçons de tube poreux et des disques en métal et ensuite on les serre fermement aux extrémités à l'aide de la barre d'amenée
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de courant intérieure. Les surfaces des tronçons de tube po- reux ne sont imprégnées de graphite ou d'une matière similai- re qu'après cette fixation, puis elles sont séchées et ren- dues plus ou moins fixes ou solides par cuisson en présence d'argile. Ces électrodes en forme de barres peuvent être em- ployées avec grand profit pour le chauffage à l'eau chaude, si on les entoure en outre d'un blindage de porcelaine ou de métal.
Lorsqu'on ferme le circuit du courant électrique, la surface en charbon peut être chauffée à une température va- riant de 150 à environ 300 C selon la tension appliquée.
Cette chaleur peut être cédée directement à l'air. Il est pos- sible aussi d'emboîter ou loger la surface de chauffage ainsi obtenue dans une enveloppe en porcelaine à blindage en métal (voir la fig.10) et de l'appliquer ainsi au chauffage à eau chaude direct.
La figure 10 représente une électrode analogue à cel- le de la figure 9, mais seulement pour le chauffage direct par l'eau chaude ; est munie d'un manchon de porcelaine et d'un blindage en métal par-dessus.
23 désigne un tube en quartz muni intérieurement d'une cheville ou tige en acier-argent 24, dont les deux ex- trémités sont filetées, de sorte que des disques en métal peu- vent être serrés contre les extrémités du tube en quartz par des écrous. Sur ce tube en quartz 23, on a enfilé sans jeu un tronçon de tube poreux 25 en argile, porcelaine, chamotte ou stéatite, d'une épaisseur de paroi d'environ 3 à 7 mm, ensui- te un disque en métal 26, puis de nouveau un tronçon de tube poreux 27, un disque en métal 28, un tronçon de tube 29 etc.
(fig.10) jusqu'à ce que tout le tube en quartz soit recouvert.
Enfin, on a placé un disque isolant 30 sur l'extrémité du tu- be en quartz et on l'a serré fermement au moyen d'écrous et de rondelles à l'aide de la tige 24, de sorte qu'un contact intime,s'établit entre les différents disques en métal et les
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tronçons de tube poreux.
Après cet assemblage, les surfaces des tronçons de tube poreux sont imprégnées de dispersions de graphite ou de coke avec addition d'argile ou d'oxyde de fer magnétique (Fe3O4), de stéatite ou'-de chamotte, à l'état col- loidal. Le rapport du graphite ou du coke à l'argile ou à la stéatite dans la dispersion doit être tel qu'après la cuisson jusqu'à la température de concrétion, la résistance ohmique voulue de la surface soit obtenue, afin qu'avec la tension et le nombre d'ampères donnés la température de chauffage dési- rée soit produite (200 à 3000 0). L'épaisseur de la couche conductrice comme la grandeur et le diamètre du cylindre dé- terminent, pour une tension donnée, le nombre d'ampères vou- lu et, partant, l'effet chauffant.
L'électrode ainsi fabriquée est emboîtée ou logée dans un tube en porcelaine 31, qui est fermé d'un côté et est entouré d'un tube en métal 32 à bride en métal 33. Pour fer- mer cette électrode de chauffage pour le chauffage à l'eau chaude, on serre sur la bride 33 une plaque en bakélite 34, munie de logements ou douilles 35 à l'endroit 36, au moyen de fiches filetées 39 et 40, ce qui a en même temps pour effet d'assujettir fermement le manchon ou enveloppe de protection 37 des fiches et l'isolateur 38 placé dans cette enveloppe.
Lors du serrage, le contact est établi,d'une part, avec la tige en acier-argent 24 et, d'autre part, avec l'anneau ou bague en métal 41 placée contre la surface.
Une électrode pour chauffage à l'eau chaude, qui a été fabriquée de cette manière, peut, au moyen d'une culasse ou traverse qui repose sur un disque en résine artificielle, être montée, à l'aide de boulons oud'écrous, de façon étanche à l'eau dans un appareil de chauffage à l'eau chaude appro- prié.
En résumé, il apparaît donc que pour la nouvelle in- vention, qui peut être appliquée également pour le chauffage
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des locaux et pour les foyers ou calorifères ménagers, pour la préparation d'eau chaude et dans l'industrie, l'emploi d'agents conducteurs, comme le graphite, le cols, le char- bon etc., à l'état colloïdal ou à peu près colloidal, préci- pités sur des plaques, barres ou cylindres céramiques po- reux est déterminant. Ces éléments conducteurs sont réunis en série, en parallèle ou par groupes en un ensemble ou ap- pareil de chauffage électrique, de façon telle qu'une circu- lation de l'air à chauffer soit obtenue avec la condition que par réglage des rapports de courant les températures des éléments de chauffage restent inférieures à 300 C.
Dans la réalisation pratique de cette idée inventive, on peut aussi employer des éléments de chauffage non poreux, sur lesquels une mince couche poreuse, préférablement formée de matières de base céramique, est appliquée. A cet effet, on n'a pas besoin de précipiter les éléments conducteurs, de préférence colloidaux, comme le charbon, le coke ou le graphite, sur ces surfaces céramiques; on peut mélanger n'importe quelles matières organiques avec des éléments de construction cérami- ques et obtenir la conductivité nécessaire par carbonisation des substances organiques dans les éléments de construction céramiques.
REVENDICATIONS.
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