-. ~2~38~1 , --1 GENERATEUR DE FLUIDE CHAUD A T~ERMO-INDUCTION
La presente invention concerne un génerateur inductif de fluides chauds dans lequel de l'energie electrique est consommée pour produire le chauffage d'un fluide caloporteur quelconque, tel que de l'eau ou de l'air, par exemple.
Les générateurs à considérer ici sont du type "transformateur électrique" comportant un enroulement primaire alimenté en courant électrique par le réseau et couplé par un circuit magnétique à
un enroulement secondaire qui a la double particularité d'être tubulaire et en court-circuit.
L'enroulement secondaire est parcouru intérieurement par un fluide caloporteur, qui s'échauffe au contact de la paroi du tube, lui même étant porté en température par les courants induits qu'y développe le flux magnétique variable produit dans le circuit magnétique par le courant électrique de l'enroulement rimaire.
Des générateurs inductifs connus de ce type sont décrits par exemple dans les documents FR-B-527697 publié le 28 octobre 1921 (NOEL) ou EP-A-0193843, publié le 10 septembre 1986 (ALSTHOM).
En comparaison avec les autres appareils de : chauffage electrique connus, ces générateurs à
thermo-induction présentent, notamment au plan de la sécurité pour l'usager, llavantage de dissocier totalement le circuit électrique proprement-dit (l'enroulement primaire) du circuit de chauffage représenté par l'enroulement secondaire.
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~2g~ -. ~ 2 ~ 38 ~ 1 , --1 ERMO-INDUCTION HOT FLUID GENERATOR
The present invention relates to a generator inductive of hot fluids in which energy electric is consumed to produce the heating any heat transfer fluid, such as water or air, for example.
The generators to be considered here are of the type "electrical transformer" comprising a primary winding supplied with electric current by the network and coupled by a magnetic circuit to a secondary winding which has double peculiarity of being tubular and short-circuited.
The secondary winding is traversed internally by a heat transfer fluid, which heats up on contact with the tube wall itself being brought to temperature by the induced currents that the variable magnetic flux produced there develops in the magnetic circuit by the electric current of the rhyme winding.
Known inductive generators of this type are described for example in the documents FR-B-527697 published October 28, 1921 (NOEL) or EP-A-0193843, published September 10, 1986 (ALSTHOM).
In comparison with other devices from : known electric heating, these generators thermo-induction, particularly in terms of safety for the user, the advantage of dissociating totally the actual electrical circuit (primary winding) of the heating circuit represented by the secondary winding.
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Par ailleurs, le rapport de transformation, propre aux transformateurs électriques, peut être mis à profit pour laisser l'enroulement secondaire à
la basse tension tout en assurant une puissance élevée transmise par le primaire, si on le souhaite.
Un aspect essentiel, non encore parfiatment résolu semble-t'il, reste cependant la régulation qui doit permettre de doser le chauffage du fluide selon les besoins.
Le premier document cité ci-avant (FR-A-527697) suggère, à cette fin, de se servir d'un rhéostat placé en série avec l'enroulement secondaire.
, Le second document mentionnë (EP-A-0193843) propose une solution plus soucieuse du rendement énergetique de l'appareil consistant à doter ! l'~enroulement secondiare de thyristors en cascade permettant de faire varier le nombre de spires en court-circui.t. Un Thyristor par spire agit comme une vanne en "tout ou rine" à l'égard de cette spire. L'ensemble relativement complexe ainsi ; constitué s'apparente donc a une multitude ` d'interrupteurs commandés électroniquement, qui (~ n'autorisent qu'une régulation discrète -; 25 (non-continue) du chauffage par sauts élémentaires correspondant à la puissance de chauffe d'une spire de l'enroulement secondaire. -~
Dans ce document, il est également fait référence à un appareil analogue, connu par le 30 document GB-A-2105159, publié le 16 mars 1983 (CHELTENHAM INDUCTIVE HEATING) dans lequel la régulation s'opère au moyen de thyristors placés au primaire. Une telle realisation impose que la tension au primaire soit suffisamment faible pour .. . , ., ~. . .. .
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' ~298~
-2a-être compatible avec la charge acceptable par les thyristors, ce qui limite la puissance de ces appareils.
Le but de la présente invention est de proposer une solution simple et fiable pour une régulation continue du chauffage no présentant pas les inconvénients des solutions connues évoquées ci-avant.
A cet effet, l'invention a pour objet un générateur de fluide chaud à thermo-induction du type "transformateur électrique" comportant un enroulement primaire destiné à etre relie au reseau et couple, par un circuit magnetique, à un enroulement secondaire constitué par un serpentin tubulaire en court-circuit dans lequel circule un fluide caloporteur à chauffer, génerateur caractérisé en ce que des moyens de régulation continue de la puissance de chauffage sont prévus au primaire qui sont constitués par une -inductance saturable montée en série avec l'enroulement primaire et par un générateur de courant électrique continu -ou redressé- pilotant ladite inductance de manière à modifi-r l'état de son circuit magnétique.
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, 1~988~3~
Ava~tageusement, le circuit magnétigue saturable est ferme.Avantageusement encore,l'inductance saturable comporte un circuit ma~netique comprenant trois jambes, les jambes extérieures etant pourvues chacune d'un enroulement de puissance, ces deux enroulements sont montés en parallèle entre-eux dans le circuit primaire et la jambe mediane est pourvue d'un enroulement de commande relie au ~énérateur de courant continu. Les enroulements de puissance sont ~obinés en sens opposé de fa~on à creer dans la iambe mediane des forces ma~nétomotrices symétriques qui s'opposent à chaque instant.
~ insi qu'on l'aura compris, la régulation selon l'invention est basée sur le principe suivant: pour une ten~
sion donnée ~ux bornes du serpentin de chauffe,le courant du secondaire est fonction de la tension de court-circuit de l'appareil. Or, la puissance instant~née de chau~age est directement liée à l'intensité du courant dans le secondaire Si l'on fait varier la teDsion aux bornes de l'enroulement primaire,on ~ait varier en rapport le courant dans le secon~
daire et, par voie de conséquence, la puissance de chauffe également.
Pour celà, on crée dans le circuit primaire une force électromotrice induite par celle de la source d'ali~
mentation elle-m~me, gui s'oppose ~ cette derniere et gui soit variable de sorte que, pour une tension d'alimentation constante, la tension aux bornes de l'enroulement primaire varie corrélativement.
Cette force contre-électromotrice ~ariable est pro~
duite par une inductance saturable, dont la perméabilité
magnétigue du noyau "à vide" (c'est-à-dire en l'absence de courant au primaire~ dépend d'un champ magnétigue ~ppliqué, créé a cet effet par un courant continu -ou redressé- dont on règ~e l'intensi-te.
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Ainsi,le réglage de la puissance de chauffage s'opère entiarement en statigue, c'est-à-dire sans gu'aucune pièce de l'appareil ne soit mis en mouve~ent. ~'n outre,l'in-tensité
du courant continu (ou redressé) destiné à piloter l'induc~
5 tance saturable peut avan-ta~eusement être asservie à un paramètre de règlage du chauffage,par exemple la température de l'eau apres chauf~age, ou celle du local à chauffer,grace à un régulateur auquel une valeur de consigne est donnée.
L'invention sera bien comprise et d'autres aspects et avantages appara~tront plus clairement au ~u de la des~
cription gui suit d'un mode de réalisation en référence aux planches de dessins anne~ée~, sur lesquels:
- la figure 1 est une représentation schematique 15 d'lin genérateur conforme a l'invention;
- la figure 2 est une vue aggrandie montrant en détails la partie de la figure 1 représentant les moyens de régulation du chauffage;
- la figure 3 est un schéma illustrant ]e regrou~
20 pement de trois générateurs selon la figure 1 en un appareil unique alimenté en courant triphasé.
On reconnait sur la figure 1 une structure classique de transformateur électrique comprenant un enroulement Pri~
- 25 maire 1 couplé à un enroulement secondaire 2 par un circuit - magnétlque 3 sur lequel ils sont tous de~x bobinés.
L'enroulement primaire 1, en cuiYre(ou en aluminium~
est noyé da~s une masse de résine époxydique 4, selon une disposikion non obligatoire ici, mais typique des transfor~
30 mateurs, dits "secs", dont les moyens de refroidisse~ent par circulation d'air n'ont pas ét~ représentés pour ne pas sur~
char~er inutilement la -fi~ure.
L'enroulement secondaire 2 es-t formé par un tube, métallique de preférence, puisgu'on d&sire lui con~érer de 35 bonnes proprié-tés électro- et thermo-conductrices. Ce tube 2 est relié par ses extrémités à un circuit de chauffage (ou plus gc~erale~ent à un cireui-t d'utilisat;ion) parcouru par un fluide c~loport,eur, que l'on adme~tra @tre de l'eau.
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.. .
~88~
Le tube Z est mis e~ court-circuit sur lui-meme par la liaison électrique 5 qui relie ses deux extrémites. Une mise à la terre 6 du circuit secondaire est prévue au delà
du pontage 5 pour des raisons de securité
]~'enroulement primaire l,est, quant à lui,relié aux bornes SOU5 tension d'une alimentation elec-trique alterna~
tive 7 pouvant avan-tageusement ~tre celle du réseau.
Comme on le voit,une inductance saturable 8,pilo~ée par un génerateur 9 à courant continu Ic,est montee en serie avec l'enroulement l entre les points A et B du oircuit pri~
maire ainsi réalisé. Une capacité l~ a été avantageusement prévue en parallèle avec l'inductance B et l'enroulement primaire l pour améliorer le cos. ~ de 1'installation. Un interrupteur 10 est également prévu pour permettre l'ouver~
ture rapide de ce circuit en cas de besoi~.
Un exemple de réalisation de l'inductance saturable 8 est montré en détails sur la fi~ure 2, à la~uelle on se reporte à present Cette inductance comprend un circuit ma~netique fermé ll, formé de trois jambes parallèles lZa, 12b, l~c, reliées entre-elles à leurs extrémités par deux culasses rectilignes,respective~ent supérieure 13a et inférieure 13b Les jambes e~terieures lZa et 12b servent de sup~
port à des enroulements electriques de puissance 14a et l4b co~stitu~nt deu-x branches en parall~lo placées entre les points A et B du circuit primaire. Ces enroulements ont un meme nombre de spires et sont bobines e~ sens oPpos~s de sorte que les forces magnetomotrices qu'ils creent chacun dans leur jambe respective soient, au même insta~t, d'inten~
site egale, mais orientées en sens contraire afin que leur somme soit nulle dans la jambe mediane pour des raisons de symetrie ~ - La jambe mediane l2c comporte, e~le, un enroulement de commande 15 relié au généra-teur 9 à courant continu Ic.
Elle est pourvue egalemen-t de guelgues spires en cOu~t -circuit l~. Ces spires permettent,par un effet de self P~re, d'éviter le retour vers le ger~érateur à courant continu 9 du flux magnetigue alternatif résiduel resultarlt de la dissy~
metrie des forces magnétomotrices alternatives opposees dans la jam~e roe(3iane guar~(~ ]c n'est pas nul ' :
, :: ~29~
L'enroule~nent a courant continu 15 sur la jambe ; médiane permet de créer un champ magnétique stationnaire qui modifie l'état ma~nétique des jambes extérieures 12a et 12b et, partant, rend le courant de puissance plus rapidement saturant dans l'une des jambes dans une alternance et plus rapidemen-t saturant, de facon symétrique, dans l'autre jambe ; à l'alternance suivant,e. Pour ne pas nuire à cet-te plus grande rapidité d'atteinte du seuil de satura$ion du circuit magnéti~ue 11, ce dernier est de structure de type "fermé".
De la sorte, lorsqu'aucun courant continu circule ~Ic=O), l'effet de self de l'induct,ance 8 est maxîmum ("self à fer") et, donc, la tension efficace aux bornes de l'enrou~
lement primaire 1 est minimale. Par contre, lorsque l'inten~
sité du courant continu lc est su~fisamment élevée pour saturer à elle seule le circuit ma~netique, l'effet de self devient minimum ("self dans l'air"~, et la tension efficace aux bornes de l'enroulement primaire 1 devient donc maximale Entre ces deux points limites de fonctionnement, le choix de l'in~ensité du courant continu Ic permet un régla~e ~in de l J intensité du courant dans le circu-.t primaire et donc de l'amplitude de latension alternative aux bornes de l'enrou~
. lement primaire 1.
On se reporte à present à nouveau à la figure 1 pour complèter la description du principe de fonctionne~ent du générateur thermo-inducti~ selon l'invention.
Du fait que le serpen-tin 2 du circuit secondaire est en court-circuit, par construction, un courant electrique alternatif ~ circule et provogue un dégagement de' chaleur par effet Joule qui, pour l'essentiel, est évacué par le fluide cal~porteur, lors ds son passage au contact de la paroi interne du serpentin. Ce degagement de chaleur depend directement de l'intensité e~ficace du courant dans le secon~aire ~du carré de cette intensité exactement).
Or, cette intensité est déterl~inée par la tension in~uite aux ~ornes du ~erpentin 2, laquell~ depend ~e la te~sion entrctenue aux bornes de l'enroulemen-t primaire 1 et , . . ~ . . , : , , 1~9~
dont on vient de voir comment on peut la réguler par le cou~
rant con-tinu Ic~ Ainsi, la régulation en puissance de l'ap~
pareil est obtenue par la modification de la tension aux f bornes de l'enroulement primaire 1 à l'aide dc l'inductance 5 satura~le 8 commar~dee par le générateur à courant continu 9.
La regulation peut ~tre aisément atltomat,iSée, si on le soùhaite,par e~emple à l'aide d'un régulateur 18 pilotant I le génér~teur 9 de manière à garder en de~à d'un certain seuil voulu l'écart de température entre une ~aleur de con~
l0 signe Vc et celle qu'il reçoit d'un capteur 17 repérant la température de l'eau à la sortie de l'enroulement secondaire Bien entendu, la tension induite au~ bornes de l'enroulement secondaire 2 dépend du rapport de transforma~
tion, à savoir le rapport entre les nombres des spires cons~
15 titutives du serpentin de chauffe 2 et de l'enroulement in~
ductif 1 respectivement. On aura donc avantage, pour obtenir des puissances de chauffage élevées, de faire travailler l'appareil en abaisseur de tension en prévoyant un nombre de spires supérieur au primaire 1 et en connectant ce dernier à
20 une source d'alimentation 7 à hau-te ou moyenne tension.
On peut ainsi réaliser des générateurs de chauffage da~s une gamme très large de puissances, allant de lOO Kw à
10 Mw environ à partir d'une alimenta~ion triphasée du ré~
seau moyenne tension, chaque phase alimentant une unitë de 25 chauffage, telle que l'ap~areil illustré par la figure 1.
La régulation selon l'invention est possible entre 100 % de la puissance nominale de l'appareil et enYiron 10 % ¦~
de cette puissance. En fonction du point de régulation~ le eos. ~ évoluè entre 0.85 'avant" et 0.85 "arrière" grace a 30 la présencc des capacités 19.
Le métal dont est formé l'enroulement secondaire 2 peut a~antageusement ~tre de l'acier inoxydable, ou tout autre métal ay~nt une résistivité élevée, ce qui permet de travailler avec une densité de courant faible (de l'ordre de 35 ~ A/mm2~. En outre, dans le cas de l'inox.la tenue contre la corrosion à chaud est tout-à-fait satisfaisante. Les dispo~
sitions habitue]]es sont également avantageusement prises pour améliorer le rendement de chauf~age, tel que le calori~
fuBeage du serpentin Z notamment.
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~29~3~38~
~ uant à l'inductance saturable ~, de nombreuse.s variantes de réalisation, autres que celle décrite en réfe~
rence à la ~igure 2, peuvent etre retenues. T~utefois.quelle que soit la structure retenue pour le circuit ma~nétigue saturable 11, il importe gu'il puisse être saturé p~r le champ statique crée par le courant continu Ic, lorsque celui çi est règlé à sa valeur maximale. On prévoira à cet e~fet un nombre de spires suffisant pour l'enroulement 1~, de manière à ne pas devoir faire appel à des intensités t,rop élevées, par exemPle supérieures à 10 A
De meme~en raison du ~ai-t que le courant continu de réglage Ic a pour ef~'e~ de modi~ier, sur la courbe d'aiman~
tation donnant l'induction magnétiyue en fonction du champ, la position en hauteur du palier de saturation ainsi que l~emplacement du début de ce palier sur l'axe des absci~ses, OD pourra trouver avanta~e à dimensionner le circuit magné~
tique 11 de façon queJ pour une puissance nominale donnée disponible au primaire, on se situe déja au voisinage du début du palier quand Ic - O.
Au delaJ le circuit serai-t sous-dimensiomlé,car une ~raction du champ magnétique`alternatif créé par les bobi~es 14a et 14b se propagerait dans l J air et on perdrait alors de la largeur de la pla~e de régulation de la puissance trans~
mise au secondaireJ plage qui peut aller (comme déià indiqué~
de 10% a 100% de la puissance nominale de l J appareil.En deça le circuit serait sur-dimensionDé, ce quiJ en soi, ser~it un facteur de surco~t quiJ en outre, ~on-tri~ue ~ re5s~rer cettie fois la plage 10-100%,et impose de ce fait un reglage precis plus dif~'icile de la puissance dans cette pla~e.
On pourraitJ bien entendu, parvenir à un resul$at analogue en adaptant à un cireuit 11 de taille donnée le nombre d'ampere-tours du, ou des enroulements lZa, 12bA
L'invention est tout-a-fait utilisable avec une alimentation triphasée habituelle du réseau moyenne ou haute tensions de distribution ~e ]'electricité. Daus ce cas,l'ap~
pareil represent;é sur la figure 1 devient une uni-te d'un eDsemb~e ~us complexe qui en contient trois.
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, ~ ~
~9~3~1 ~ 9 Un tel ensemble est schématisé électriquement par la figure 3. Chaque phase, notee U, V, W, du rêseau mOyeDne tension a 20 000 volts entre phases,alimente, via une induc~
tance saturaable 8, 8',8", un enroulement primaire l, l',l".
~es trois enroulements sont montés igi en étoile et chacun d'entre-eux induit, par l'intermediaire d'un circuit magnétique non représe~té, dans un enroulement secondaire en court circuit constitué par le serpentin Z, 2', 2" Chague serpeDtin est monté sur une branche d'un circuit hydraulique da chauffage gui en contient trois en parallèle. Plus géné~
ralement, ce type d'appareil peut ~tre polyphasé et comporter,par conséquent, un nombre d'unités élémentaires de chauf~age, conformes au ~énérateur thermo-inductif décrit, égal au nombre de phases de l'alimentation.
Il va de soi ~ue l'iDvention ne saurait se limi-ter aux exemples de réalisation ~ui viennent d'~tre décrits,mais s'étend à de multiples variantes ou équivalents, dans la mesure où sont respectées les caractéristiques énoncées dans les revendications ci-après.
On notera gue le domaine d'application de l'inven~
tion en~lobe la fabrication d'eau chaude pour le chauffage d'immeub]es. ou l'intégration à des prooessus industriels.De emeJ l'invention s~applique au ~h~uf~age de ~'luides calu~
porteurs ~utres que de l'eau, par exemple de l'huile ou meme du sou~fre ou du sodium liquides, destinés a ~tre utilis~s tels quels, ou à générer de la vapeur haute température dans des échangeurs.
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In addition, the transformation report, specific to electrical transformers, may be taken advantage of to leave the secondary winding to low voltage while ensuring power high transmitted by the primary, if desired.
An essential aspect, not yet perfectly solved it seems, however the regulation which must allow to control the heating of the fluid as required.
The first document cited above (FR-A-527697) suggests, to this end, to use of a rheostat placed in series with the winding secondary.
, The second document mentioned (EP-A-0193843) offers a solution more concerned with performance energetic of the apparatus consisting in endowing ! the secondary winding of thyristors in cascade allowing to vary the number of turns in short-circuited. One Thyristor per turn acts as a "whole or rine" valve with respect to this turn. The relatively complex set as well ; constituted therefore resembles a multitude `` electronically controlled switches, which (~ only allow discreet regulation -; 25 (non-continuous) heating by elementary jumps corresponding to the heating power of a turn secondary winding. - ~
In this document, it is also made reference to an analogous device, known by the 30 document GB-A-2105159, published March 16, 1983 (CHELTENHAM INDUCTIVE HEATING) in which the regulation takes place by means of thyristors placed at the primary. Such an implementation requires that the primary voltage is low enough to ... ,., ~. . ...
.,. , ~ .. ~. . -:
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-2a-be compatible with the load acceptable by thyristors, which limits the power of these appliances.
The object of the present invention is to offer a simple and reliable solution for a continuous heating regulation no not the disadvantages of the known solutions mentioned above.
To this end, the subject of the invention is a thermo-induction hot fluid generator type "electrical transformer" comprising a primary winding intended to be connected to the network and couple, by a magnetic circuit, to a secondary winding consisting of a coil tubular in short circuit in which circulates a heat transfer fluid to be heated, generator characterized in that regulating means heating power are provided at primary which are constituted by a -inductance saturable mounted in series with the winding primary and by an electric current generator continuous -or rectified- controlling said inductance so as to modify the state of its magnetic circuit.
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, 1 ~ 988 ~ 3 ~
Ava ~ tagbly, the saturable magnetigue circuit is Advantageously still, the saturable inductance comprises a ma ~ net circuit including three legs, legs being each provided with a winding of power, these two windings are mounted in parallel between them in the primary circuit and the middle leg is provided with a control winding connects to the ~
direct current. The power windings are ~ stubborn in the opposite direction so as to create in the middle leg of the forces my ~ symmetrical neomotors which oppose each instant.
~ insi that we will have understood, the regulation according to the invention is based on the following principle: for a ten ~
given voltage ~ ux terminals of the heating coil, the current of secondary is a function of the short circuit voltage of the device. Now, the instantaneous power born of heating is directly related to the intensity of the current in the secondary If the voltage at the terminals of the winding is varied primary, we ~ vary the current in the secon ~
and therefore the heating power also.
For this, we create in the primary circuit a electromotive force induced by that of the source of ali ~
mentation itself, mistletoe opposes the latter and mistletoe is variable so that for a supply voltage constant, the voltage across the primary winding varies correlatively.
This counter-electromotive force ~ ariable is pro ~
picks up by a saturable inductance, whose permeability magnetigue of the "empty" nucleus (ie in the absence of primary current ~ depends on a magnetic field ~ pplicated, created for this purpose by a direct current - or rectified - whose we regulate the intensity.
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,. . . . . . . .
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Thus, the heating power is adjusted entirely in statute, that is to say without any room of the device is not moved ~ ent. ~ 'n addition, the intensity direct current (or rectified) intended to drive the induc ~
5 saturable tance can avan-ta ~ ously be slaved to a heating control parameter, e.g. temperature water after heating, or that of the room to be heated, thanks to a regulator to which a setpoint is given.
The invention will be well understood and other aspects and advantages will appear more clearly at the beginning of the description mistletoe follows from an embodiment with reference to drawing boards anne ~ ée ~, on which:
- Figure 1 is a schematic representation 15 a generator according to the invention;
- Figure 2 is an enlarged view showing in details the part of figure 1 representing the means of heating regulation;
- Figure 3 is a diagram illustrating] e regrou ~
20 pement of three generators according to Figure 1 in one device single supplied with three-phase current.
We recognize in Figure 1 a classic structure of electric transformer comprising a Pri ~ winding - 25 mayor 1 coupled to a secondary winding 2 by a circuit - magnet 3 on which they are all ~ x wound.
Primary winding 1, in copper (or aluminum ~
is drowned da ~ s a mass of epoxy resin 4, according to a disposikion not compulsory here, but typical of transformers ~
30 dies, called "dry", whose means of cooling ~ ent by air circulation were not ~ shown so as not to ~
char ~ er unnecessarily the -fi ~ ure.
The secondary winding 2 is formed by a tube, preferably metal, since we want to give it 35 good electric and heat conductive properties. This tube 2 is connected at its ends to a heating circuit (or more gc ~ erale ~ ent to a cireui-t of use; ion) traveled by a c ~ loport, eur fluid, which we admit to tra @ water.
, '~. , ,,, -.
...
~ 88 ~
The tube Z is put e ~ short-circuit on itself by the electrical connection 5 which connects its two extremities. A
earthing 6 of the secondary circuit is planned beyond bypass 5 for safety reasons ] ~ 'primary winding l, meanwhile, is connected to terminals SOU5 voltage of an alternating electrical supply ~
tive 7 which can advantageously be that of the network.
As we can see, a saturable inductance 8, pilo ~ ée by a generator 9 with direct current Ic, is assembled in series with the winding l between points A and B of the pri uit mayor thus realized. A capacity has been advantageously provided in parallel with inductance B and winding primary l to improve cos. ~ of the installation. A
switch 10 is also provided to allow the opening ~
fast ture of this circuit in case of need ~.
An example of realization of the saturable inductance 8 is shown in detail on the fi ~ ure 2, ~ uelle we now carry over This inductor includes a ma ~ net circuit closed ll, formed by three parallel legs lZa, 12b, l ~ c, interconnected at their ends by two cylinder heads straight, respective ~ ent upper 13a and lower 13b The lower legs lZa and 12b serve as sup ~
port to electric windings of power 14a and l4b co ~ stitu ~ nt deu-x branches in parallel ~ lo placed between points A and B of the primary circuit. These windings have a same number of turns and are coils e ~ sense oPpos ~ s of so that the magnetomotor forces they each create in their respective leg are, at the same insta ~ t, inten ~
equal site, but oriented in opposite direction so that their sum is zero in the middle leg for reasons of symmetry ~ - The middle leg l2c includes, e ~ le, a winding control 15 connected to the generator 9 direct current Ic.
It is also provided with guelgues turns in cost.
circuit l ~. These turns allow, by a self P ~ re effect, to avoid the return to the ger ~ er generator with direct current 9 of residual alternating magnetic flux resultarlt of the dissy ~
metric of opposing alternative magnetomotive forces in la jam ~ e roe (3iane guar ~ (~] c is not zero ':
, :: ~ 29 ~
Winds ~ nent direct current 15 on the leg ; median creates a stationary magnetic field which modifies the state of my outer legs 12a and 12b and thereby makes the power current faster saturating in one of the legs in an alternation and more quickly saturating, symmetrically, in the other leg ; at the next alternation, e. So as not to harm this more high speed of reaching the saturation threshold $ ion of the circuit magneti ~ ue 11, the latter is of the "closed" type structure.
In this way, when no direct current flows ~ Ic = O), the induct effect of the induct, ance 8 is maximum ("self ") and, therefore, the effective voltage across the terminals of the hose ~
elementary 1 is minimal. By cons, when the inten ~
sity of direct current lc is sui ~ ficiently high for saturate alone the circuit ma ~ netique, the effect of self becomes minimum ("self in the air" ~, and the effective voltage at the terminals of the primary winding 1 therefore becomes maximum Between these two operating limit points, the choice of the inensity of the direct current Ic allows a adjustment of in l J intensity of the current in the primary circu-.t and therefore of the amplitude of the AC voltage across the terminals of the winding ~
. elementary 1.
We now refer again to FIG. 1 for complete the description of the operating principle thermo-inducti generator according to the invention.
Because the secondary circuit serpen-tin 2 is short-circuited, by construction, an electric current alternative ~ circulates and causes a release of heat by Joule effect which, for the main part, is evacuated by the fluid cal ~ carrier, during its passage in contact with the inner wall of the coil. This heat release depends directly from the effective current intensity in the second ~ area ~ of the square of this intensity exactly).
However, this intensity is deterl ~ inée by the tension in ~ uite aux ~ ornes du ~ erpentin 2, laquell ~ depend ~ e la te ~ sion entrctenue at the terminals of primary winding-t 1 and ,. . ~. . , :, , 1 ~ 9 ~
which we just saw how we can regulate it by the neck ~
continuous rant Ic ~ Thus, the power regulation of the ap ~
the same is obtained by modifying the voltage at f terminals of primary winding 1 using inductance 5 satura ~ le 8 commar ~ dee by the direct current generator 9.
The regulation can be easily atltomat, iSée, if one the so-so, for example using a regulator 18 driving I the generator ~ 9 so as to keep in from ~ to a certain desired threshold the temperature difference between a con value l0 sign Vc and that which it receives from a sensor 17 identifying the temperature of the water leaving the secondary winding Of course, the voltage induced at ~ terminals of the secondary winding 2 depends on the transforma ratio ~
tion, namely the ratio between the numbers of turns cons ~
15 titutives of the heating coil 2 and the winding in ~
ductive 1 respectively. We will therefore have an advantage, to obtain high heating powers, to make work the step-down device by providing a number of turns higher than primary 1 and connecting the latter to 20 a power source 7 at high or medium voltage.
It is thus possible to produce heating generators da ~ s a very wide range of powers, from lOO Kw to 10 Mw approximately from a three-phase supply of the re ~
medium voltage bucket, each phase feeding a unit of 25 heating, as ap ~ areil illustrated in Figure 1.
Regulation according to the invention is possible between 100% of the nominal power of the device and approximately 10% Y ~
of this power. Depending on the regulation point ~ the eos. ~ evolved between 0.85 'front "and 0.85" rear "thanks to 30 the presence of capacities 19.
The metal from which the secondary winding 2 is formed can ~ advantageously ~ be stainless steel, or all other metal ay ~ nt high resistivity, which allows work with a low current density (of the order of 35 ~ A / mm2 ~. In addition, in the case of stainless steel, the hot corrosion is entirely satisfactory. The availability ~
habitual]] es are also advantageously taken to improve the heating efficiency ~ age, such as calori ~
fuBeage of the coil Z in particular.
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~ 29 ~ 3 ~ 38 ~
~ uant to saturable inductance ~, many.s variant embodiments, other than that described in ref ~
rence to ~ igure 2, can be retained. How often.
that is the structure retained for the circuit ma ~ nétigue saturable 11, it matters that it can be saturated p ~ r the static field created by direct current Ic, when that this is set to its maximum value. We will provide for this e ~ fet a sufficient number of turns for the winding 1 ~, so as not to have to use intensities t, rop high, for example greater than 10 A
Likewise ~ due to the ~ did the direct current of setting Ic has ef ~ 'e ~ to modify, on the magnet curve ~
tation giving the magnetic induction as a function of the field, the height position of the saturation level as well as the location of the start of this landing on the abscis axis, OD can find before ~ e to dimension the magnified circuit ~
tick 11 so that J for a given nominal power available in elementary school, we are already in the vicinity of start of the plateau when Ic - O.
Beyond the circuit would be undersized, because a ~ reaction of the alternating magnetic field created by bobi ~ es 14a and 14b would spread in the air and we would lose the width of the trans power control plate secondary settingJ range which can go (as indicated above ~
from 10% to 100% of the nominal power of the appliance.
the circuit would be over-dimensioned, which in itself would be a surco factor ~ t quiJ further, ~ on-tri ~ eu ~ re5s ~ rer cettie times the range 10-100%, and therefore imposes a precise adjustment more dif ~ 'icile of power in this pla ~ e.
We could, of course, reach a resul $ at analogous by adapting to a cireuit 11 of given size the number of ampere-turns from, or windings lZa, 12bA
The invention is entirely usable with a usual three-phase supply from the medium or high network distribution voltages ~ e] 'electricity. In this case, the ap ~
similar representation; é in Figure 1 becomes a unit of a eDsemb ~ e ~ us complex which contains three.
~, ~
, ~ ~
~ 9 ~ 3 ~ 1 ~ 9 Such an assembly is diagrammed electrically by Figure 3. Each phase, denoted U, V, W, of the mOyeDne network voltage at 20,000 volts between phases, supplies, via an induc ~
saturable tance 8, 8 ', 8 ", a primary winding l, l', l".
~ es three windings are mounted igi in star and each of them induces, through a circuit magnetic not shown ~ tee, in a secondary winding short circuit formed by the coil Z, 2 ', 2 "Chague serpeDtin is mounted on a branch of a hydraulic circuit da heating mistletoe contains three in parallel. More gener ~
In reality, this type of device can be polyphase and therefore contain a number of elementary units of heating ~ age, in accordance with the thermo-inductive enerator described, equal to the number of phases of the power supply.
It goes without saying that the iDvention cannot be limited to the examples of embodiment ~ which have just been described, but extends to multiple variants or equivalents, in the extent to which the characteristics set out in the claims below.
Note the scope of the invention ~
tion in ~ lobe making hot water for heating immeub] es. or integration with industrial processes.
emeJ the invention applies to ~ h ~ uf ~ age of ~ 'luides calu ~
carriers ~ other than water, for example oil or even liquid sou ~ fre or sodium, intended to be used as is, or to generate high temperature steam in exchangers.
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