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SOCIETE BOURGUIGNONNE DE MECANIQUE, S. à R.L., résidant à CLENAY (France).
PANNEAU EMETTEUR DE RAYONNEMENT INFRA-ROUGE.
La présente invention concerne les panneaux émetteurs de rayonne- ment infra-rouge et constitués par une ou plusieurs plaques radiantes sur la face arrière desquelles est aménagée une chambre dans laquelle se produit la combustion d'un mélange d'air et de combustible gazeux ou liquide, en vue d'as- surer le chauffage de la/ou desdites plaques.
Le panneau radiant qui fait l'objet de la présente invention est conçu pour assurer un excellent rendement utile. On sait en effet que, compte tenu de ce que, pour des raisons de sécurité et de longévité de l'appareil, la température maximum admise au point le plus chaud d'un panneau radiant est, dans l'état actuel de la technique de fabrication de ces panneaux, d'environ 480 à 500 C.
Le rendement utile, c'est-à-dire le rapport entre la quantité d'énergie rayonnée par le panneau sous forme de rayons infra-rouges, reçue par le corps à chauffer, ,et la quantité de chaleur fournie par la combustion du mélange combustible de chauffage du panneau, est d'autant meilleur que, d'une part la partie de la surface émettrice soumise à la température maximum accep- tée est grande pour un encombrement total donné et, d'autre part, l'ouverture du faisceau de rayons produits est mieux adaptée à la surface de l'objet à chauffer par rayonnement. Le panneau radiant conforme à l'invention permet de satisfaire ces deux conditions.
-Ce panneau comporte fondamentalement une plaque émettrice, par exemple en tôle, dont les deux faces sont munies d'un revêtement à grand pou- voir émissif et sur la face arrière de laquelle est ménagée une chambre de combustion à la partie inférieure de laquelle est disposé un brûleur longitu- dinal pour le combustible de chauffage et qui est limitée latéralement par des parois de préférence verticales et, vers l'arrière, par une contre-plaque cin- trée en forme approximativement exponentielle ou hyperbolique pour que la cham- bre de combustion aille en se rétrécissant du bas vers le haut,
la face de cette contre-plaque qui est tournée vers la chambre de combustion étant munie d'un revêtement à grand pouvoir émissif et sa face opposée étant isolée ther-
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miquement au moyen de laine de verre ou d'un autre isolant analogue résistant à haute température, tandis que, en avant de la plaque émettrice, du côté op- posé à la chambre de combustion, est disposé un réseau croisé de lames hori- zontales et verticales, sensiblement perpendiculaires à la plaque émettrice et régulièrement espacée, la liaison mécanique entre ces lames et la plaque émet- trice étant assurée de façon à limiter dans la mesure du possible la trans- mission de chaleur par conductibilité de la dite plaque à ces lames.
La chambre de combustion est de préférence fermée à sa partie su- périeure, un passage étant ménagé au-dessus de la contre-plaqué pour l'évacua- tion des fumées de la combustion vers une chambre ménagée directement derrière cette contre-plaque et dans laquelle débouche au moins un conduit latéral d'é- vacuation. Des âmes de liaison peuvent avantageusement être disposées vertica- lement entre la plaque émettrice et la contre-plaque, pour assurer l'indéfor- mabilité de l'ensemble et la canalisation des gaz de combustion. De même, la plaque émettrice et la contre-plaque peuvent être raidies par des cornières transversales .
Les lames formant réseau en avant de la plaque émettrice sont de préférence assujetties sur des prolongements des parois latérales, supérieure et inférieure de la chambre de combustion. Un espace allant jusqu'à environ 1 mm. est ménagé entre ces lames et la plaque émettrice. Ces lames sont mu- nies sur l'une ou sur leurs deux faces, ainsi qu'il sera précisé ci-après, d'un revêtement à haut pouvoir émissif. Leur largeur doit être d'autant plus grande et leur écartement d'autant plus faible que l'on désire obtenir une concentration plus grande du faisceau de rayons émis par la plaque émettrice.
Dans le cas où l'on désire obtenir un faisceau de grande ouverture, il est préférable d'utiliser des lames larges et écartées plutôt que des lames étroi- tes et rapprochées.
Le revêtement à grand pouvoir émissif de la plaque émettrice, de la contre-plaque et des lames en réseau peut être réalisé au moyen de tout traitement de surface ou enduit connu à cet effet et,notamment,par appli- cation sur ces éléments d'un vernis noir semi-mat., par exemple à base de ma- tière plastique connue sour le nom de "silicone".
Un exemple de réalisation du panneau conforme à l'invention est décrit plus en détail ci-après, avec référence au dessin annexé, dans lequel:
Fige 1 est une vue en coupe transversale d'un tel panneau;
Fig. 2 est une vue de ce panneau, partie de face et partie en coupe par II-II de Fig. 1;
Fig. 3, 4 et 5 sont trois schémas concernant l'action des lames disposées en avant de la plaque émettrice.
Tel qu'il est représenté, le panneau radiant conforme à l'inven- tion comporte une plaque émettrice 1,- en tôle, recouverte sur ses deux faces d'un vernis noir semi-mat à base de silicone, et derrière laquelle est ména- gée une chambre de combustion 2 limitée par des parois latérales 3, supérieure 4 et inférieure 5 en tôle, et une contre plaque 6, également en tôle dont la face tournée vers la chambre de combustion est recouverte d'un vernis noir semi-mat. A la partie inférieure de la chambre 2 est disposée une rampe à gaz longitudinale 7, alimentée par une conduite 8.
Une entrée d'air secondaire est ménagée en 9 à l'arrière du dispositif et est limitée, à sa partie supé- rieure par un prolongement 6a de la contre-plaque 6 qui, à partir de ce point, est cintrée pour affecter une section de forme approximativement exponentiel- le ou hyperbolique, la chambre 2 allant en se rétrécissant vers le haut. Un espace libre est ménagé à la partie supérieure entre la paroi 4 et l'extrémité de la contre-plaque 6, et cette dernière est doublée sur sa face arrière et sauf dans sa région supérieure, par une masse isolante de fibres de verre 10, retenue par une paroi arrière 11.
Une chambre 12 est ménagée derrière la con- tre-plaque 6, à la partie supérieure de celle-ci, chambre qui communique avec la chambre 2 par l'espace libre existant au dessus de la contre-plaque, et dans laquelle débouchent latéralement des conduits 13 d'évacuation des fumées.
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Des âmes verticales minces 14, en tôle, s'étendent dans la chambre
2 pour assurer un assemblage rigide entre la plaque 1 et la contre-plaque 6, et des cornières transversales 15 et 15a sont disposées pour raidir lesdites plaque et contre-plaqué.
En avant de la plaque émettrice 1 sont disposées des lames de tôle
16 et l6a, respectivement horizontales et verticales, perpendiculairement à la plaque 1. Ces lames qui forment une sorte de réseau quadrillé, sont assujetties sur des prolongements respectifs 3a, 4a et 5a des parois 3,4 et 5.
Tel qu'il est représenté, le panneau radiant conforme à l'invention comporte une plaque émettrice 1, en tôle, recouverte sur ses deux faces d'un vernis noir semi-mat à base de silicone, et derrière laquelle est ménagée une chambre de combustion 2 limitée par des parois latérales 3, supérieure 4 et in- férieure 5, en tôle et une contre-plaque 6, également en tôle dont la face tour- née vers la chambre de combustion est recouverte d'un vernis noir semi-mat. A la partie inférieure de la chambre 2 est disposée une rampe à gaz longitudina- le 7,alimentée par une conduite 8.
Une entrée d'air secondaire est ménagée en 9 à l'arrière du dispositif et est limitée, à sa partie supérieure par un pro- longement 6a de la contre-plaque 6 qui, à partir de ce point, est cintrée pour affecter une section de forme approximativement exponentielle ou hyperbolique, la chambre 2 allant en se rétrécissant vers le haut.
Un espace libre est ména- gé à la partie supérieure entre la paroi 4 et l'extrémité de la contre-plaque 6 et cette dernière est doublée, sur sa face arrière et sauf dans sa région su- périeure, par une masse isolante de fibres de verre 10, retenue par une paroi arrière 11. Une chambre 12 est ménagée derrière la contre-plaque 6, à la par- tie supérieure de celle-ci, chambre qui communique avec la chambre 2 par l'es- pace libre existant au dessus de la contre-plaque, et dans laquelle débouchent latéralement des conduits 13 d'évacuation des fumées.
Des âmes verticales minces 14, en tôle, s'étendent dans la chambre 2 pour assurer un assemblage rigide entre la plaque 1 et la contre-plaque 6, et des cornières transversales 15 et 15a sont disposées pour raidir les dites plaque et contre-plaque.
En avant de la plaque émettrice 1 sont disposées des lames de tôle 16 et 16a, respectivement horizontales et verticales, perpendiculairement à la plaque 1. Ces lames, qui forment une sorte de réseau quadrillé, sont assu- jetties sur des prolongements respectifs 3a, 4a et 5a des parois 3,4 et 5.
La forme donnée à la contre-plaque 6 constitue l'une des caracté- ristiques fondamentales du dispositif conforme à l'invention. En effet, l'on sait que, par unité de temps et pour un débit donné de gaz chauds se propa- geant dans un conduit, la quantité de calories abandonnées par les gaz aux pa- rois est proportionnelle à la surface des parois, à l'écart de température en- tre gaz et paroi et à un coefficient " [alpha]" qui dépend, pour une nature et une forme donnée de paroi, de la vitesse d'écoulement du gaz.
Au fur et à mesure que les gaz chauds s'élèvent dans le conduit formé par la plaque 1 et la contre-plaque 6, leur température décroît. Or il est nécessaire que la plaque 1 ait une température constante aussi loin que possible le long du parcours des gaz. La forme donnée à la contre-plaque 6 est déterminée pour que le coefficient [alpha] varie de telle manière que le produit de ce coefficient par l'écart de température gaz-paroi reste, aussi longtemps que possible, constant. Le rétrécissement vers le haut de la chambre 2 n'est limité que par la somme des résistances hydrodynamiques du conduit, somme qui doit rester inférieure à une certaine limite pour que l'absorption d'air pri- maire et secondaire assure une combustion parfaite.
A titre d'exemple, pour un panneau de 2.500 cal./heure, la distan- ce entre la plaque 1 et la contre-plaque 6 est de 30 mm à la base, de 15 mm au milieu de la hauteur et de 7 mm en haut.
Une autre caractéristique de l'invention réside dans le fait que les faces en regard de la plaque 1 et de la contre-plaque 6 sont munies d'un revêtement à pouvoir émissif, donc absorbant, élevé. En effet, si les deux sur-
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faces, plaque et contre-plaque étaient à la même température, elles capteraient à chaque niveau, une quantité égale de calories provenant des gaz brûlés. Or la plaque 1 rayonne vers des corps froids et la contre-plaque 6 est isolée, dont la contre-plaque 6 est nécessairement à une température plus élevée que la plaque émettrice 1 et cette contre-plaque 6 ayant un pouvoir émissif élevé, elle rayonne des calories vers la plaque 1.
Aux températures élevées, de l'ordre de 500 C, et si le pouvoir émissif est élevé, l'écart de température nécessaire, pour rayonner une quan- tité donnée de calories, est faible. Tout se passe donc comme si la surface de captation des calories par convection des gaz avait été sensiblement doublée, d'où une importante amélioration du rendement de l'appareil.
Le phénomène de transmission des calories de la contre-plaque 6 vers la plaque 1 est encore favorisé par la présence des âmes de liaison 14, qui assurent cette transmission par conduction.
Enfin, une troisième caractéristique fondamentale de l'invention est constituée par le réseau de lames 16 et 16a,qui permettent d'assurerà volonté la concentration du faisceau de rayons émis par la plaque 1, en fonc- tion de la largeur et de l'écartement relatif de ces plaques.
En effet, si l'on considère (Fig. 3) un élément de plaque 1 compris entre deux lames 16 et 16', le rayonnement émis par un point P de la plaque 1, dans une direction D faisant un angle x avec la normale à la plaque 1 au point P, est égal à b cos 3t, b étant la brillance du point P.
Si les lames 16 et 16' n'existaient pas, la courbe représentative du rayonnement du point serait donc une sphère tangente à la plaque 1. En con- férant un pouvoir absorbant élevé aux lames 16, on limite par contre l'angle solide dans lequel est émis le rayonnement. En effet, si les lames 16 et 16' avaient un pouvoir absorbant égal à celui du corps noir et qu'on néglige leur rayonnement propre, le seul rayonnement issu de "P" serait compris dans l'an- gle PX PY. L'ensemble du rayonnement émis par l'élément compris entre les deux lames est donc limité aux deux droites (Fig. 4) dont l'angle ne dépend que du rapport largeur - écartement des lames 16 et 16'. Ceci est vrai dans les sens vertical et horizontal.
Si l'on désire obtenir un faisceau symétrique, on enduit les deux faces des lames d'un vernis noir semi-mat. Les rayons issus des points P1 P2 (Fig. 4) qui frappent les lames 16 et 16' sous grande incidence sont réfléchis, sans grande absorption, à l'intérieur de l'angle D1 D2. Si leur incidence est telle qu'ils aient tendance à se réfléchir hors de l'angle D1 D2, ils sont, d'une part, peu intenses, puisque leur angle avec la normale N est grand et, d'autre part, ils sont d'autant plus absorbés que cet angle est grand. Au de- là d'une certaine limite ils subissent même une double réflexion sous faible incidence et l'on peut admettre qu'ils sont alors complètement absorbés.
Cependant il faut tenir également compte du rayonnement propre des lames 16, mais l'effet de ce rayonnement, en ce qui concerne l'angle solide extérieur à D1 D2, est à peu près négligeable.
En effet, la température en un point de la lame 16 est faite de la chaleur rayonnée par la plaque et absorbée (non réfléchie), et de la cha- leur conduite dans la lame. D'une part, par construction, on s'est efforcé de réduire au maximum cette conduction; d'autre part, la chaleur rayonnante ab- sorbée est d'autant plus faible qu'on s'éloigne de la plaque vers l'extérieur et la température de la lame est donc rapidement décroissante de l'intérieur vers l'extérieur.
Si l'on considère un élément S de la surface de la lame 16 (Fig. 5) une partie de l'énergie est rayonnée dans l'angle D1 D2 (rayon Ro).
Cet élément peut bien émettre des rayons R1 hors du faisceau D1 D2 mais la tem- pérature de S1 étant faible, l'intensité de R- est elle-même faible, le ra- yonnement étant proportionnel à la quatrième puissance de la température abso-
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lue et décroissant donc très vite quand la température diminue. De plus, l'é- lément S1 émet la moitié de son énergie sous forme de rayons R2.
Si l'angle x est petit, l'incidence sur la lame 16' est faible. La surface de cette lame étant semi-mate le rayon R2 est réfléchi dans un cène de diffusion large; une bonne partie arrière sur la plaque P, sous une incidence assurant une réflexion à l'intérieur de l'angle D1 D2.
Si l'angle x est grand, le rayon R2 est peu diffusé sur la lame
16, mais c'est alors la plaque P qui assure une bonne diffusion à l'intérieur de l'angle D1 D2.
En ce qui concerne un élément de lame tel que S2, il est bien à haute température mais l'angle solide dans lequel il peut émettre de tels ra- yons est très étroit, l'angle de ces rayons avec la normale est grand, donc l'intensité du rayon est faible et, enfin, l'élément S2 émet aussi des rayons qui sont à l'intérieur de l'angle utile D1 D2.
Ce qui précède est d'ailleurs entièrement confirmé par les mesures effectuées.
Si, contrairemert à ce qui précède, on désire un faisceau dissymé- trique, par exemple dans le but de réaliser, en vue du chauffage d'un local, un rayonnement intense vers le bas et aussi faible que possible vers le haut, les lames 16 sont enduites de vernis noir semi-mat sur leur face supérieure et sont polies, nickelées ou enduites d'un vernis à l'aluminium sur leur face in- férieure.
On conçoit que, si l'on regarde d'en haut le réseau de lames, tout se passe comme dans le cas précédent et le faisceau est limité par les droites telles que D1- Si, au contraire, on le regarde d'en bas et en supposant que le pouvoir reflecteur de l'enduit choisi, aluminium ou nickel, est égal à l'unité, chaque élément formant image, tout se passe comme s'il n'y avait pas de lame. On a donc un faisceau à profil circulaire vers le bas et limité à un angle vers le haut.
Il est bien évident que -coût ce qui vient d'être dit pour le sens vertical est valable pour le sens horizontal. Il est donc possible, en jouant sur l'écartement des lames dans le sens vertical ou horizontal et en endui- sant leurs faces d'une façon convenable, de modifier la forme du faisceau dans de larges limites et accroître considérablement son rendement utile.
REVENDICATIONS.
1. Panneau émetteur de rayonnement infra-rouge, caractérisé par une plaque émettrice, par exemple en tôle, dont les deux faces sont munies d'un revêtement à grand pouvoir émissif et sur la face arrière de laquelle est ménagée une chambre de combustion à la partie inférieure de laquelle est dis- posé un brûleur longitudinal pour le combustible de chauffage et qui est limi- tée latéralement par des parois de préférence verticales et, vers l'arrière, par une contre-plaque cintrée en forme approximativement exponentielle ou hy- perbolique pour que la chambre de combustion aille en se rétrécissant du bas vers le haut,
la face de cette contre-plaque qui est tournée vers la chambre de combustion étant munie d'un revêtement à grand pouvoir émissif et sa face opposée étant isolée thermiquement au moyen de laine de verre ou d'un autre isolant analogue résistant à haute température, tandis que, en avant de la pla- que émettrice, du côté opposé à la chambre de combustion, est disposé un ré- seau croisé de lames horizontales et verticales, sensiblement perpendiculai- res à la plaque émettrice et régulièrement espacées, la liaison mécanique entre ces lames et la plaque émettrice étant assurée de façon à limiter dans la me- sure du possible la transmission de chaleur par conductibilité de la dite pla- que à ces lames.