CA1313236C - Dispositif de protection des poles d'inducteurs et inducteur pourvu de ce dispositif - Google Patents
Dispositif de protection des poles d'inducteurs et inducteur pourvu de ce dispositifInfo
- Publication number
- CA1313236C CA1313236C CA000597689A CA597689A CA1313236C CA 1313236 C CA1313236 C CA 1313236C CA 000597689 A CA000597689 A CA 000597689A CA 597689 A CA597689 A CA 597689A CA 1313236 C CA1313236 C CA 1313236C
- Authority
- CA
- Canada
- Prior art keywords
- tubes
- inductor
- exchanger
- pole
- poles
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 5
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000003303 reheating Methods 0.000 claims description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 3
- 239000002241 glass-ceramic Substances 0.000 claims description 2
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 claims 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 6
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 abstract 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 2
- 239000000411 inducer Substances 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 206010001488 Aggression Diseases 0.000 description 1
- 206010013647 Drowning Diseases 0.000 description 1
- 230000016571 aggressive behavior Effects 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000006112 glass ceramic composition Substances 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B1/00—Details of electric heating devices
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
- H05B6/02—Induction heating
- H05B6/36—Coil arrangements
- H05B6/42—Cooling of coils
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/04—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being spirally coiled
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Induction Heating (AREA)
- Burglar Alarm Systems (AREA)
- Details Of Aerials (AREA)
- Coils Or Transformers For Communication (AREA)
- Thermistors And Varistors (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
- Magnetic Treatment Devices (AREA)
Abstract
Le dispositif de protection des pôles d'un inducteur électromagnétique comprend un échangeur thermique formé par un ou plusieurs tubes métalliques (6) disposés dans un même plan et agencés pour y permettre la circulation d'un fluide de refroidissement, et selon une disposition telle qu'il y ait au plus une jonction électrique entre deux tubes ou éléments de tubes quelconques. L'échangeur est fixé sur une plaque support rigide (5) électriquement isolante, enrobé de béton réfractaire (10) et recouvre l'ensemble de la surface polaire jusqu'aux capotages (3). L'échangeur peut être conformé selon une succession d'épingles à cheveux alternées, ou selon une spirale à une ou plusieurs branches. Le dispositif sert notamment à la protection des pôles d'inducteurs utilisés pour le chauffage par induction de produits métalliques.
Description
1 ~ 1 7~
I ~J i / i~ J
;POSlTlF 1)1~ PI~OTI~:~"rl.ON l)ES rOI-I~;S U' INl)U~:T~;UIlS
E;T INDUCl'EUR POURVU Dl~ Cl~ DISPOSITIF
l.a présente inventioll concerne un dispositif de protec-tion des pôles d'inducteurs, notamment utilisés pour le chauffage ou le r~chauf~age da produit0 m~t~lllques pnr inductlon.
Il est connu d'utiliser à cette fin des inducteurs élec-tromagnétiques à champ traversant. De tels inducteurs sont notam-ment décrits dans le document FR 2583249. D'une manière générale, ils comportent une culasse magnétique en forme de C, les extrémi-tés du C ormallt les deux pôles de l'inducteur, portant lesbobines d'induction, étant placés de part et d'autre du produit à réchauEfer.
Pour conserver un bon rendement, les pôles doivent être le plus proche possible du produit. Ceci fait que les pôles et les boblnes d'lnduction qu ' ils portent se trouvent ~oumis au fort rayonnement thermique du produit chaud. De plus, dans des conditions d'exploitation industrielle, par exemple lors du réchauffage des rives de brames ou produits laminés, les inducteurs et surtout leurs pôles sont soumis à des agressions chimiques et mécaniques, par exemple arrosage important, dépôt de calamine, risque de choc avec le produit réchauffé.
On connait un dispositif de protection des pôles consis-tant en une plaque en réfractaire poreux placée sur la face du pôle en regard du produit, ce réfractaire étant refroidi par circulatlon interne d'air. Ces di~posltifs constLtuent une bonne protection thermique, mais présentent toutefois l'inconvé-nient de s'oxyder et de se colmater facilement, et d'être atta-qués par la calamine provenant du produit réchauffé. Il en résulte la nécessité de remplacer ce réfractaire poreux assez fréquemment, ce qui nécessite l'arrêt de l'installation, entrainant des coûts d'exploitation qui s'ajoutent au coût élevé dudit réfractaire.
Le but de la présente invention est d'assurer la protec-tion des pôles d'inducteurs soumis à des contraintes tant thermi-ques que mécaniques et chimiques, de manière fiable et durable, sans entrainer de perte de rendement du réchauffage.
Un autre but est de résoudre les divers problèmes évo-qués ci-dessus.
Avec ces objectifs en vue, la présente invention a pour
I ~J i / i~ J
;POSlTlF 1)1~ PI~OTI~:~"rl.ON l)ES rOI-I~;S U' INl)U~:T~;UIlS
E;T INDUCl'EUR POURVU Dl~ Cl~ DISPOSITIF
l.a présente inventioll concerne un dispositif de protec-tion des pôles d'inducteurs, notamment utilisés pour le chauffage ou le r~chauf~age da produit0 m~t~lllques pnr inductlon.
Il est connu d'utiliser à cette fin des inducteurs élec-tromagnétiques à champ traversant. De tels inducteurs sont notam-ment décrits dans le document FR 2583249. D'une manière générale, ils comportent une culasse magnétique en forme de C, les extrémi-tés du C ormallt les deux pôles de l'inducteur, portant lesbobines d'induction, étant placés de part et d'autre du produit à réchauEfer.
Pour conserver un bon rendement, les pôles doivent être le plus proche possible du produit. Ceci fait que les pôles et les boblnes d'lnduction qu ' ils portent se trouvent ~oumis au fort rayonnement thermique du produit chaud. De plus, dans des conditions d'exploitation industrielle, par exemple lors du réchauffage des rives de brames ou produits laminés, les inducteurs et surtout leurs pôles sont soumis à des agressions chimiques et mécaniques, par exemple arrosage important, dépôt de calamine, risque de choc avec le produit réchauffé.
On connait un dispositif de protection des pôles consis-tant en une plaque en réfractaire poreux placée sur la face du pôle en regard du produit, ce réfractaire étant refroidi par circulatlon interne d'air. Ces di~posltifs constLtuent une bonne protection thermique, mais présentent toutefois l'inconvé-nient de s'oxyder et de se colmater facilement, et d'être atta-qués par la calamine provenant du produit réchauffé. Il en résulte la nécessité de remplacer ce réfractaire poreux assez fréquemment, ce qui nécessite l'arrêt de l'installation, entrainant des coûts d'exploitation qui s'ajoutent au coût élevé dudit réfractaire.
Le but de la présente invention est d'assurer la protec-tion des pôles d'inducteurs soumis à des contraintes tant thermi-ques que mécaniques et chimiques, de manière fiable et durable, sans entrainer de perte de rendement du réchauffage.
Un autre but est de résoudre les divers problèmes évo-qués ci-dessus.
Avec ces objectifs en vue, la présente invention a pour
2 ~ 3 ~ 3236 objet un dispositif de protection, notamment thermique, des pôles d'un inducteur électromagnétique.
Conformément a l'invention, ce dispositif comporte un échangeur thermi~ue formé par un ou plusieurs tubes métal-amag~étiques scnsi lemen~
liquesVcoplanaires agencés pour y permettre la circulation d'un fluide de refroid ssement et selon une disposition telle qu'il y ait au plus une seule jonction électrique entre deux tubes ou éléments de tubes quelc~nques,de façon à limiter les bouclages électriques entre tubes ou portions de tubes voisins ou non.
Il est précisé que le terme jonction électrique concerne ici le contact direct ou des liaisons de faible résistance, élevée à l'exclusion de liaisons de résistance~ existant dans des matériaux qui ne sont pas des isolants parfaits.
Selon une disposition particulière de l'invention, l'é~
changeur est conformé selon une succession d'épingles à cheveux alternativement inversées.
Selon une autre disposition, l'échangeur est conformé
en spirale à une branche ou plus.
Selon une autre disposition particulière, l'échangeur est soutenu et fixé sur une plaque rigide électriquement isolante, et enrobé de béton réfractaire, l'ensemble formant un panneau composite de faible épaisseur, de dimensions suffisantes pour couvrir la face polaire de chaque pôle.
Le dispositif selon l'invention permet en fait de conci-lier deux fonctions d'incidences divergentes : d'une part, laprotection thermique du pôle par refroidissement forcé au moyen d'un échangeur à tubes métalliques, d'autre part, la conserva-tion d'un bon rendement de chauffagede l'inducteur.
En effet, un ensemble de tubes métalliques interposés entre pôle et produit, forme généralement un écran qui s'oppose au passage du flux magnétique et dans lequel peuvent être engen-drés des courants électriques de forte intensité qui ont pour effets de s'opposer au passage du flux et d'échauffer le circuit où ils se créent.
La disposition des tubes conforme à l'invention permet d'éviter ces effets et d'assurer une "transparence" maximale du champ magnétique intense créé par l'inducteur.
1 J I .J2J(J
1.' invention a aussi pour objet un inducteur p~urvu du dispositif de proteetion des pôles tel que décrit ci-dessus, qui sera alors avant~geusement dimensionné et placé en regard de chacune des faces polaires dont il épouse la forme de façon à
recouvrir celles-ci ainsi que les bobines d'induction et les isolants et capotages, de manière à réaliser une bonne étanchéité
de l'ensemble du pôle et de ses circuits.
D'autres caractéristiques et avantages appara;tront à la lecture de la description qui va être faite à titre d'exem-ple, d'un dispositif conforme à l'invention.
On se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue simplifiée d'un pôle d'induc-teur pourvu de son dispositif de protection et montrant celui-ci en coupe ;
lS - la figure 2 est un schéma du circuit de l'échangeur dans sa configuration en "épingle" ;
- les figures 3 et 4 sont deux schémas du circuit de l'échangeur dans la configuration en spirale.
- la figure S est une vue de détail partielle d'une vari-ante utilisant des blocs réfractaires au lieu d'un enrobage de béton monobloc.
A la figure 1 est représenté un pôle d'un inducteur du type en _ à culasse articulée,tel que décrit dans le document FR 2583249 auquel on pourra se reporter pour plus de détails sur la constitution générale de l'inducteur. Il est simplement rappelé ici que dans ce type d'inducteur, destiné notamment au réchauffage des rives d'ébauches de produits métalliques généralement plats, un deuxième pôle, similaire à celui repré-senté figure 1, est disposé en regard de celui-ci, les deux pôles formant les extrémités d'une culasse magnétique en forme de ~C"
qui les relie. Le champ magnétique intense créé par l'inducteur a pour effet de réchauffer le produit qui passe entre les deux pôles en regard. Les puissances induites sont de l'ordre de plusieurs centaines de KW, ce qui, ramené à la surface de la culasse, correspond à des puissances qui peuvent dépasser 5 MW/m2.
Le pôle de la figure 1 comporte une bobine d'induction 2 entourant l'extrémité de la culasse magnétique 1. Un capotage de protection 3 entoure l'ensemble de l'extrémité polaire (cu-lasse et bobine). un écran thermique pouvant être interposé
entre la bobine 2 et le capotage 3.
1 3 ~ 7 2J 6 La p]aque composite 4 formant le dispositif de p~otection conforme à l'invention est formée d'une plaque support 5 en matériau non métallique rigide, électriquement isolant, tel qu'un matériau à base de fibre de verre, par exemple en "silli-rite 64120", de quelques millimètres d'épaisseur.
un échangeur en tube inox 6 enrobé de résine époxydeest fixé s-lr la plaque support 5. Cet échangeur a une configura-tion en "épingles à cheveux" successives alternées ainsi que réprésenté à la figure 2 La fixation de l'échangeur 6 sur la plaque support 5 est assurée par des vis 7 placées au creux de chacune des "épingles" du circuit, ainsi qu'indiqué schémati-quement sur la figure 2. Cette disposition est essentiellement destinée à éviter le bouclage électrique entre deux épingles adjacentes qui se produirait si des pièces conductrices étaient en contact simultané avec deux épingles, successives ou non, à un autre endroit que celui indiqué.
L'écrou 8 de la vis 7 est placé dans un lamage réalisé
dans la plaque support 5, de manière à ne pas dépasser de la surface de celle-ci. Une feuille 9 en matériau isolant 20est collée sous la plaque 5,dissimulant les écrous 8 et garantissant ainsi l'isolement électrique entre les vis de fixa-tion 7.
Les tubes 6 de l'échangeur sont enrobés dans un béton réfractaire 10, 25(par exemple le béton à base de carbure de silicium commercialisé sous le nom de "morgan montex CIM02"). Ce béton recouvre totalement les tubes 6 et sa faible conductivité élec-trique permet de limiter d'éventuels courants de bouclage entre épingles voisines.
30Avantageusement, mais non nécessairement, ce béton est recouvert sur une face d'une plaque de matériau vitro-céramique ll, ou tout autre matériau similaire, qui présente une grande résistance à la chaleur et surtout aux chocs thermiques, alliée à
une bonne résistance mécanique. On peut également utiliser à la place de cette plaque un tissu textile céramique, ou un revêtement isolant (type coating) à base d'alumine ou silice.
La plaque composite 4 est fixée sur le pôle de l'inducteur par boulonnage, soit directement sur la culasse, soit sur des supports annexes disposés entre bobine et capotages.
1 3 ~ 7236 Quels que soient les moyens de fixation, ceux-ci sont isol.és électriquement des tuhes 6 de l'échangeur.
L'épaisseur de la plaque 4 est d'environ 15 mm et ses dimensions et sa forme sont déterminées de manière à couvrir l'ensemble du pôle, jusqu'au capotage 3, un couvre-joint 12 étant disposé autour de la plaque 4 pour empêcher des infiltra-tions d'eau ou la pénétration de poussières ou autres corps solides à l'intérieur du capotage 3.
La figure 2 représente schématiquement une dlsposition préférentielle des tubes de l'échangeur. Celui-ci est ici réalisé
en trois circuits indépendants, ce qui permet par exemple d'adap-ter l'intensité du refroidissement selon les zones couvertes par réglage du débit du fluide de refroidissement, couramment de l'eau. Cette disposition en "épingles" permet de couvrir au mieux la surface du pôle, car il est aisé d'adapter le nombre et la longueur des épingles en fonction de la forme de la surface à couvrir.
En variantes, l'échangeur peut avoir une configuration en spirale telle que représentée aux figures 3 et 4.
La figure 4 montre schématiquement une disposition en double spirale inversée avec un tube unique ; l'alimentation et le retour de fluide de refroidissement sont indiqués par les flèches A et R.
La disposition de la figure 3 montre quatre spirales alimentées par une alimentation centrale. Dans ce cas, l'alimen-tation se fait par une tuyauterie dans l'axe du pôle, à travers la culasse 1.
Une alimentation centrale peut également être réalisée dans le cas des dispositions des figures 2 et 4, et présente l'avantage de participer au refroidissement de la culasse magné-tique.
Une caractéristique essentielle de ces échangeurs est que deux tubes ou éléments de tube se joignent au maximum en un point, de manière à éviter tout bouclage électrique dans l'échangeur.
Les tubes sont de préférence en acier inoxydable amagnétique et par simplicité, ~31 7236 de section clrculaire. Il est possible, notamment pour réduire l'épaisseur de la plaque composite de protection 4, d'utiliser des tubes de section aplatie, ou même éventuellement de section prati-quement rectangulaire.
On choisira des tubes d'épaisseur réduite, toujours dans le but de réduire les éventuels courants électrique engendrés par le champ magnétique, par augmentation de la résistance électrique desdits tubes. Les tubes pouvant par ailleurs, au lieu d'être enrobés de résine époxyde, ainsi qu'indiqué précédemment, être revêtus d'un film isolant ou enrobés d'une autre résine isolante (polyester par exemple).
Le rôle du dispositif de protection étant essentiellement de former un écran thermique protégeant le pôle et ses accessoires du rayonnement du produit réchauffé, on recherchera à rapprocher au maximum les tubes les uns des autres. De plus, et plus particuliè-rement dans le cas du dispositif comportant la plaque de matériau vitrocéramique 11, l'utilisation d'un béton présentant une conducti-bilité thermique assez bonne permet une diffusion dans sa masse de la chaleur reçue par sa surface et de ce fait permet d'obtenir un refroidissement de la dite plaque vitrocéramique, qui peut ainsi être maintenue à une température voisine de 700C par exemple, alors que le produit réchauffé est à plus de 1000C.
On pourra aussi, dans la mesure ou les caractéristiques mécaniques du béton utilisé le permettent ne pas utiliser de plaque support.
Dans une autre variante, notamment dans le cas de l'échan-geur en "épingles", au lieu de noyer les tubes 6 dans le béton réfrac-taire 10, on pourra remplacer celui-ci par une pluralité de blocs 13 en matériau isolant de caractéristiques similaires (béton réfrac-taire, céramique, quartz, etc...) de manière à reconstituer l'ensemble de l'enrobage de béton 10.
Ces blocs ont une largeur égale à l'entraxe entre deux tubes 6 voisins et ils comportent sur leurs deux côtés longitudinaux - 35 des concavités 14 épousant la section des tubes de manière à pouvoir être insérés entre ceux-ci pour reconstituer globalement l'enrobage de béton 10. On déposera de préférence plusieurs de ces blocs adja-cents dans un même espace entre tubes. Cette disposition en blocs séparés autorise des dilatations différentielles entre différentes zones du dispositif sans les risques de fissuration existant dans le cas du béton monob]oc 10. Afin de recouvrir les zones courbes des épingles, le premier bloc 13' de chaque rangée comporte un prolongement 15 de sa partie supérieure p]ane.
L'invention n'es-t pas limitée au dispositif et à ses variantes décrits ci-dessus uniquement à titre d'exemple. En particulier dans le cadre de la disposition des tubes en "épingles à cheveux", il peut être prévu de disposer, dans la même zone, deux ou plusieurs tubes ayant cette configuration, mais disposés en parallèle, chaque épingle d'un tube étant imbriquée dans une épingle formée par l'autre tube, et ceci alternativement, toutes les épingles restant bien sûr coplanaires.
Cette disposition permet de réduire les pertes de charge dans les tubes, notamment du fait que la courbure en épingle du tube situé,au point de courbure, vers l'extérieur, est plus faible que la courbure du tube situé en ce point vers l'intérieur.
Il peut également être prévu de disposer un tube supplémentaire entourant l'ensemble des tubes disposés en épingle à cheveux, ceci afin d'homogénéiser le refroidissement dans la zone proche des extrémités des épingles, et/ou d'éviter un échauffement des cornières formant le couvre-joint 12.
L'invention s'applique aussi à des inducteurs de configuration différente, notamment en forme de "U".
Conformément a l'invention, ce dispositif comporte un échangeur thermi~ue formé par un ou plusieurs tubes métal-amag~étiques scnsi lemen~
liquesVcoplanaires agencés pour y permettre la circulation d'un fluide de refroid ssement et selon une disposition telle qu'il y ait au plus une seule jonction électrique entre deux tubes ou éléments de tubes quelc~nques,de façon à limiter les bouclages électriques entre tubes ou portions de tubes voisins ou non.
Il est précisé que le terme jonction électrique concerne ici le contact direct ou des liaisons de faible résistance, élevée à l'exclusion de liaisons de résistance~ existant dans des matériaux qui ne sont pas des isolants parfaits.
Selon une disposition particulière de l'invention, l'é~
changeur est conformé selon une succession d'épingles à cheveux alternativement inversées.
Selon une autre disposition, l'échangeur est conformé
en spirale à une branche ou plus.
Selon une autre disposition particulière, l'échangeur est soutenu et fixé sur une plaque rigide électriquement isolante, et enrobé de béton réfractaire, l'ensemble formant un panneau composite de faible épaisseur, de dimensions suffisantes pour couvrir la face polaire de chaque pôle.
Le dispositif selon l'invention permet en fait de conci-lier deux fonctions d'incidences divergentes : d'une part, laprotection thermique du pôle par refroidissement forcé au moyen d'un échangeur à tubes métalliques, d'autre part, la conserva-tion d'un bon rendement de chauffagede l'inducteur.
En effet, un ensemble de tubes métalliques interposés entre pôle et produit, forme généralement un écran qui s'oppose au passage du flux magnétique et dans lequel peuvent être engen-drés des courants électriques de forte intensité qui ont pour effets de s'opposer au passage du flux et d'échauffer le circuit où ils se créent.
La disposition des tubes conforme à l'invention permet d'éviter ces effets et d'assurer une "transparence" maximale du champ magnétique intense créé par l'inducteur.
1 J I .J2J(J
1.' invention a aussi pour objet un inducteur p~urvu du dispositif de proteetion des pôles tel que décrit ci-dessus, qui sera alors avant~geusement dimensionné et placé en regard de chacune des faces polaires dont il épouse la forme de façon à
recouvrir celles-ci ainsi que les bobines d'induction et les isolants et capotages, de manière à réaliser une bonne étanchéité
de l'ensemble du pôle et de ses circuits.
D'autres caractéristiques et avantages appara;tront à la lecture de la description qui va être faite à titre d'exem-ple, d'un dispositif conforme à l'invention.
On se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue simplifiée d'un pôle d'induc-teur pourvu de son dispositif de protection et montrant celui-ci en coupe ;
lS - la figure 2 est un schéma du circuit de l'échangeur dans sa configuration en "épingle" ;
- les figures 3 et 4 sont deux schémas du circuit de l'échangeur dans la configuration en spirale.
- la figure S est une vue de détail partielle d'une vari-ante utilisant des blocs réfractaires au lieu d'un enrobage de béton monobloc.
A la figure 1 est représenté un pôle d'un inducteur du type en _ à culasse articulée,tel que décrit dans le document FR 2583249 auquel on pourra se reporter pour plus de détails sur la constitution générale de l'inducteur. Il est simplement rappelé ici que dans ce type d'inducteur, destiné notamment au réchauffage des rives d'ébauches de produits métalliques généralement plats, un deuxième pôle, similaire à celui repré-senté figure 1, est disposé en regard de celui-ci, les deux pôles formant les extrémités d'une culasse magnétique en forme de ~C"
qui les relie. Le champ magnétique intense créé par l'inducteur a pour effet de réchauffer le produit qui passe entre les deux pôles en regard. Les puissances induites sont de l'ordre de plusieurs centaines de KW, ce qui, ramené à la surface de la culasse, correspond à des puissances qui peuvent dépasser 5 MW/m2.
Le pôle de la figure 1 comporte une bobine d'induction 2 entourant l'extrémité de la culasse magnétique 1. Un capotage de protection 3 entoure l'ensemble de l'extrémité polaire (cu-lasse et bobine). un écran thermique pouvant être interposé
entre la bobine 2 et le capotage 3.
1 3 ~ 7 2J 6 La p]aque composite 4 formant le dispositif de p~otection conforme à l'invention est formée d'une plaque support 5 en matériau non métallique rigide, électriquement isolant, tel qu'un matériau à base de fibre de verre, par exemple en "silli-rite 64120", de quelques millimètres d'épaisseur.
un échangeur en tube inox 6 enrobé de résine époxydeest fixé s-lr la plaque support 5. Cet échangeur a une configura-tion en "épingles à cheveux" successives alternées ainsi que réprésenté à la figure 2 La fixation de l'échangeur 6 sur la plaque support 5 est assurée par des vis 7 placées au creux de chacune des "épingles" du circuit, ainsi qu'indiqué schémati-quement sur la figure 2. Cette disposition est essentiellement destinée à éviter le bouclage électrique entre deux épingles adjacentes qui se produirait si des pièces conductrices étaient en contact simultané avec deux épingles, successives ou non, à un autre endroit que celui indiqué.
L'écrou 8 de la vis 7 est placé dans un lamage réalisé
dans la plaque support 5, de manière à ne pas dépasser de la surface de celle-ci. Une feuille 9 en matériau isolant 20est collée sous la plaque 5,dissimulant les écrous 8 et garantissant ainsi l'isolement électrique entre les vis de fixa-tion 7.
Les tubes 6 de l'échangeur sont enrobés dans un béton réfractaire 10, 25(par exemple le béton à base de carbure de silicium commercialisé sous le nom de "morgan montex CIM02"). Ce béton recouvre totalement les tubes 6 et sa faible conductivité élec-trique permet de limiter d'éventuels courants de bouclage entre épingles voisines.
30Avantageusement, mais non nécessairement, ce béton est recouvert sur une face d'une plaque de matériau vitro-céramique ll, ou tout autre matériau similaire, qui présente une grande résistance à la chaleur et surtout aux chocs thermiques, alliée à
une bonne résistance mécanique. On peut également utiliser à la place de cette plaque un tissu textile céramique, ou un revêtement isolant (type coating) à base d'alumine ou silice.
La plaque composite 4 est fixée sur le pôle de l'inducteur par boulonnage, soit directement sur la culasse, soit sur des supports annexes disposés entre bobine et capotages.
1 3 ~ 7236 Quels que soient les moyens de fixation, ceux-ci sont isol.és électriquement des tuhes 6 de l'échangeur.
L'épaisseur de la plaque 4 est d'environ 15 mm et ses dimensions et sa forme sont déterminées de manière à couvrir l'ensemble du pôle, jusqu'au capotage 3, un couvre-joint 12 étant disposé autour de la plaque 4 pour empêcher des infiltra-tions d'eau ou la pénétration de poussières ou autres corps solides à l'intérieur du capotage 3.
La figure 2 représente schématiquement une dlsposition préférentielle des tubes de l'échangeur. Celui-ci est ici réalisé
en trois circuits indépendants, ce qui permet par exemple d'adap-ter l'intensité du refroidissement selon les zones couvertes par réglage du débit du fluide de refroidissement, couramment de l'eau. Cette disposition en "épingles" permet de couvrir au mieux la surface du pôle, car il est aisé d'adapter le nombre et la longueur des épingles en fonction de la forme de la surface à couvrir.
En variantes, l'échangeur peut avoir une configuration en spirale telle que représentée aux figures 3 et 4.
La figure 4 montre schématiquement une disposition en double spirale inversée avec un tube unique ; l'alimentation et le retour de fluide de refroidissement sont indiqués par les flèches A et R.
La disposition de la figure 3 montre quatre spirales alimentées par une alimentation centrale. Dans ce cas, l'alimen-tation se fait par une tuyauterie dans l'axe du pôle, à travers la culasse 1.
Une alimentation centrale peut également être réalisée dans le cas des dispositions des figures 2 et 4, et présente l'avantage de participer au refroidissement de la culasse magné-tique.
Une caractéristique essentielle de ces échangeurs est que deux tubes ou éléments de tube se joignent au maximum en un point, de manière à éviter tout bouclage électrique dans l'échangeur.
Les tubes sont de préférence en acier inoxydable amagnétique et par simplicité, ~31 7236 de section clrculaire. Il est possible, notamment pour réduire l'épaisseur de la plaque composite de protection 4, d'utiliser des tubes de section aplatie, ou même éventuellement de section prati-quement rectangulaire.
On choisira des tubes d'épaisseur réduite, toujours dans le but de réduire les éventuels courants électrique engendrés par le champ magnétique, par augmentation de la résistance électrique desdits tubes. Les tubes pouvant par ailleurs, au lieu d'être enrobés de résine époxyde, ainsi qu'indiqué précédemment, être revêtus d'un film isolant ou enrobés d'une autre résine isolante (polyester par exemple).
Le rôle du dispositif de protection étant essentiellement de former un écran thermique protégeant le pôle et ses accessoires du rayonnement du produit réchauffé, on recherchera à rapprocher au maximum les tubes les uns des autres. De plus, et plus particuliè-rement dans le cas du dispositif comportant la plaque de matériau vitrocéramique 11, l'utilisation d'un béton présentant une conducti-bilité thermique assez bonne permet une diffusion dans sa masse de la chaleur reçue par sa surface et de ce fait permet d'obtenir un refroidissement de la dite plaque vitrocéramique, qui peut ainsi être maintenue à une température voisine de 700C par exemple, alors que le produit réchauffé est à plus de 1000C.
On pourra aussi, dans la mesure ou les caractéristiques mécaniques du béton utilisé le permettent ne pas utiliser de plaque support.
Dans une autre variante, notamment dans le cas de l'échan-geur en "épingles", au lieu de noyer les tubes 6 dans le béton réfrac-taire 10, on pourra remplacer celui-ci par une pluralité de blocs 13 en matériau isolant de caractéristiques similaires (béton réfrac-taire, céramique, quartz, etc...) de manière à reconstituer l'ensemble de l'enrobage de béton 10.
Ces blocs ont une largeur égale à l'entraxe entre deux tubes 6 voisins et ils comportent sur leurs deux côtés longitudinaux - 35 des concavités 14 épousant la section des tubes de manière à pouvoir être insérés entre ceux-ci pour reconstituer globalement l'enrobage de béton 10. On déposera de préférence plusieurs de ces blocs adja-cents dans un même espace entre tubes. Cette disposition en blocs séparés autorise des dilatations différentielles entre différentes zones du dispositif sans les risques de fissuration existant dans le cas du béton monob]oc 10. Afin de recouvrir les zones courbes des épingles, le premier bloc 13' de chaque rangée comporte un prolongement 15 de sa partie supérieure p]ane.
L'invention n'es-t pas limitée au dispositif et à ses variantes décrits ci-dessus uniquement à titre d'exemple. En particulier dans le cadre de la disposition des tubes en "épingles à cheveux", il peut être prévu de disposer, dans la même zone, deux ou plusieurs tubes ayant cette configuration, mais disposés en parallèle, chaque épingle d'un tube étant imbriquée dans une épingle formée par l'autre tube, et ceci alternativement, toutes les épingles restant bien sûr coplanaires.
Cette disposition permet de réduire les pertes de charge dans les tubes, notamment du fait que la courbure en épingle du tube situé,au point de courbure, vers l'extérieur, est plus faible que la courbure du tube situé en ce point vers l'intérieur.
Il peut également être prévu de disposer un tube supplémentaire entourant l'ensemble des tubes disposés en épingle à cheveux, ceci afin d'homogénéiser le refroidissement dans la zone proche des extrémités des épingles, et/ou d'éviter un échauffement des cornières formant le couvre-joint 12.
L'invention s'applique aussi à des inducteurs de configuration différente, notamment en forme de "U".
Claims (14)
1. Dispositif de protection des pôles d'un inducteur électromagnétique, caractérisé en ce qu'il comporte un échangeur thermique formé par un ou plusieurs tubes métalliques (6) amagnétiques disposés dans un même plan ou sensiblement dans un même plan et agencés pour y permettre la circulation d'un fluide de refroidissement et selon une disposition telle qu'il y ait au plus une seule jonction électrique entre deux tubes ou éléments de tubes quelconques.
2. Dispositif selon la revendication l, caractérisé en ce que l'échangeur (6') est conformé
selon une succession d"'épingles à cheveux"
alternativement inversées.
selon une succession d"'épingles à cheveux"
alternativement inversées.
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'échangeur (6",6' ") est conformé en spirale à une branche ou plus.
4. Dispositif selon la revendication l, caractérisé en ce que l'échangeur (6', 6", 6"') est totalement enrobé dans un matériau réfractaire constitué par un béton réfractaire (10), de manière à constituer un panneau (4).
5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que des blocs (13) en matériaux réfractaires électriquement isolants sont insérés entre deux tubes voisins (6), ces blocs étant conformés de manière à épouser la forme des tubes et à recouvrir globalement l'ensemble de l'échangeur en constituant un panneau.
6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'échangeur (6', 6", 6"') est fixé sur une plaque support rigide (5) électriquement isolante, et enrobé d'un matériau réfractaire constitué par un béton réfractaire (10), l'ensemble formant un panneau composite (4) de faible épaisseur et de dimensions suffisantes pour couvrir un pôle.
7. Dispositif selon l'une des revendications 4, 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comporte une plaque en matériau vitro-céramique (11) recouvrant une face du matériau réfractaire (10) du panneau (4).
8. Dispositif selon l'une des revendications 4, 5 ou 6, caractérisé en ce que les tubes (6) sont en acier inoxydable amagnétique.
9. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de fixation des tubes (6) sur la plaque support (5) sont électriquement isolés entre eux.
10. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'échangeur (6', 6", 6"') comporte une alimentation centrale.
11. Inducteur électromagnétique pour le réchauffage de produits métalliques par induction par champ magnétique traversant du type comportant une culasse en forme de "C" ou de "U" caractérisé en ce que chacun des pôles de l'inducteur est pourvu du dispositif selon la revendication 1, placé en regard d'une face du pôle dont il épouse la forme.
12. Inducteur selon la revendication 11, caractérisé en ce que le dispositif de protection couvre toute la surface du pôle de manière étanche.
13. Inducteur selon la revendication 11, caractérisé en ce que des moyens de fixation du dispositif de protection sur le pôle de l'inducteur sont prévus qui sont électriquement isolés.
14. Inducteur selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comporte un passage axial réservé dans l'extrémité de la culasse pour l'alimentation de l'échangeur.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR8805940A FR2630612B1 (fr) | 1988-04-26 | 1988-04-26 | Dispositif de protection des poles d'inducteurs et inducteur pourvu de ce dispositif |
FR88.05940 | 1988-04-26 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CA1313236C true CA1313236C (fr) | 1993-01-26 |
Family
ID=9365950
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CA000597689A Expired - Lifetime CA1313236C (fr) | 1988-04-26 | 1989-04-25 | Dispositif de protection des poles d'inducteurs et inducteur pourvu de ce dispositif |
Country Status (13)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4960967A (fr) |
EP (1) | EP0340057B1 (fr) |
JP (1) | JP2807734B2 (fr) |
KR (1) | KR0142908B1 (fr) |
AT (1) | ATE115354T1 (fr) |
AU (1) | AU615283B2 (fr) |
BR (1) | BR8901951A (fr) |
CA (1) | CA1313236C (fr) |
DE (1) | DE68919743T2 (fr) |
ES (1) | ES2065403T3 (fr) |
FR (1) | FR2630612B1 (fr) |
GR (1) | GR3015004T3 (fr) |
ZA (1) | ZA893056B (fr) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3934208C2 (de) * | 1989-10-13 | 1994-02-17 | Kuesters Eduard Maschf | Spulenkörper für die induktive Beheizung von Walzen |
FR2663490B1 (fr) * | 1990-06-15 | 1992-09-11 | Rotelec Sa | Bobine de chauffage inductif. |
US5101086A (en) * | 1990-10-25 | 1992-03-31 | Hydro-Quebec | Electromagnetic inductor with ferrite core for heating electrically conducting material |
FR2693073A1 (fr) * | 1992-06-24 | 1993-12-31 | Celes | Dispositif de protection et de refroidissement des pôles d'un inducteur électro-magnétique. |
US6259347B1 (en) * | 1997-09-30 | 2001-07-10 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Electrical power cooling technique |
FR2821925B1 (fr) * | 2001-03-06 | 2003-05-16 | Celes | Enceinte d'etancheite au gaz et au vide d'isolation thermique destinee a un dispositif de chauffage par induction |
ATE374514T1 (de) * | 2004-04-30 | 2007-10-15 | Sgl Carbon Ag | Werkstückträger für die induktive erwärmung von werkstücken |
CH698904A2 (de) * | 2008-05-27 | 2009-11-30 | Alexander Stoev | Wassergekühlte Drossel. |
Family Cites Families (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CH254656A (de) * | 1944-03-22 | 1948-05-15 | Standard Telephon & Radio Ag | Verfahren und Einrichtung zur Erhitzung von abgegrenzten Oberflächenteilen eines Gegenstandes. |
US2819431A (en) * | 1952-12-05 | 1958-01-07 | Louis R Maxwell | Electromagnet |
DE1158194B (de) * | 1962-06-22 | 1963-11-28 | Zd Y Elektrotepelnych Zarizeni | Induktoranordnung zur induktiven Erwaermung von durchlaufenden Metallbaendern |
BE628042A (fr) * | 1963-02-06 | 1963-08-06 | Acec | Inducteur perfectionné |
US3295598A (en) * | 1965-01-14 | 1967-01-03 | Stanley Knight Corp | Heat exchanger assembly and method of forming same |
DE1653805A1 (de) * | 1967-07-22 | 1971-09-16 | Aeg Elotherm Gmbh | Elektromagnetische Pumpe zur Foerderung elektrisch leitfaehiger Schmelzen |
US3437132A (en) * | 1967-08-30 | 1969-04-08 | Vemaline Products Co Inc | Water cooled heat sink |
DE2161119A1 (de) * | 1971-12-09 | 1973-06-20 | Ctc Gmbh | In einem fussboden, einer wand oder einer decke zu verlegender rohrstrang |
US3763342A (en) * | 1971-08-06 | 1973-10-02 | Thermatool Corp | Air cooled magnetic structure for use in high frequency welding and heating |
US3713060A (en) * | 1971-08-12 | 1973-01-23 | Allis Chalmers | Transformer having improved heat dissipating system |
FR2457619A2 (fr) * | 1979-05-23 | 1980-12-19 | Siderurgie Fse Inst Rech | Four de rechauffage a induction a champ glissant |
JPS6321118Y2 (fr) * | 1981-03-17 | 1988-06-10 | ||
JPS5823197U (ja) * | 1981-08-06 | 1983-02-14 | 三菱電機株式会社 | 誘導加熱装置 |
SE442473B (sv) * | 1981-12-04 | 1985-12-23 | Asea Ab | Induktionsspole |
FR2566986B1 (fr) * | 1984-06-28 | 1986-09-19 | Electricite De France | Dispositif a induction electromagnetique pour le chauffage d'elements metalliques |
DE3445602A1 (de) * | 1984-12-14 | 1986-06-19 | Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim | Schutzeinrichtung fuer eine induktionsspule |
US4649249A (en) * | 1985-09-13 | 1987-03-10 | Rockwell International Corporation | Induction heating platen for hot metal working |
-
1988
- 1988-04-26 FR FR8805940A patent/FR2630612B1/fr not_active Expired - Lifetime
-
1989
- 1989-04-03 EP EP89400908A patent/EP0340057B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1989-04-03 ES ES89400908T patent/ES2065403T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1989-04-03 AT AT89400908T patent/ATE115354T1/de not_active IP Right Cessation
- 1989-04-03 DE DE68919743T patent/DE68919743T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1989-04-13 AU AU32723/89A patent/AU615283B2/en not_active Expired
- 1989-04-24 KR KR1019890005371A patent/KR0142908B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1989-04-25 BR BR898901951A patent/BR8901951A/pt not_active IP Right Cessation
- 1989-04-25 ZA ZA893056A patent/ZA893056B/xx unknown
- 1989-04-25 CA CA000597689A patent/CA1313236C/fr not_active Expired - Lifetime
- 1989-04-26 JP JP1107142A patent/JP2807734B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1989-04-29 US US07/343,239 patent/US4960967A/en not_active Expired - Lifetime
-
1995
- 1995-02-08 GR GR950400245T patent/GR3015004T3/el unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR0142908B1 (ko) | 1998-10-01 |
ZA893056B (en) | 1989-12-27 |
JPH01313882A (ja) | 1989-12-19 |
US4960967A (en) | 1990-10-02 |
ATE115354T1 (de) | 1994-12-15 |
EP0340057B1 (fr) | 1994-12-07 |
KR890016872A (ko) | 1989-11-30 |
AU615283B2 (en) | 1991-09-26 |
JP2807734B2 (ja) | 1998-10-08 |
ES2065403T3 (es) | 1995-02-16 |
FR2630612B1 (fr) | 1996-05-24 |
AU3272389A (en) | 1989-11-02 |
DE68919743D1 (de) | 1995-01-19 |
EP0340057A1 (fr) | 1989-11-02 |
DE68919743T2 (de) | 1995-04-27 |
FR2630612A1 (fr) | 1989-10-27 |
BR8901951A (pt) | 1989-12-05 |
GR3015004T3 (en) | 1995-05-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1349431B1 (fr) | Enceinte d'étanchéité au gaz et au vide d'isolation thermique destinée à un dispositif de chauffage par induction | |
CA1313236C (fr) | Dispositif de protection des poles d'inducteurs et inducteur pourvu de ce dispositif | |
FR2680542A1 (fr) | Aile profilee comportant des moyens de refroidissement et procede de refroidissement de celle-ci. | |
FR2543275A1 (fr) | Perfectionnements apportes aux installations thermo-electriques a thermo-elements interposes entre des conduits chauds et froids | |
US4256919A (en) | Temperature confining devices and method | |
US4020371A (en) | Electric rotating machine having a cryo-inductor | |
FR2458782A1 (fr) | Boitier isolant pour recuperateur de chaleur en ceramique | |
EP1420614B1 (fr) | Dispositif inducteur pour foyer de cuisson par induction | |
EP0622812B1 (fr) | Résistance de puissance à convection naturelle | |
EP2027754B2 (fr) | Dispositif de chauffage par induction à haute fréquence, et four à induction équipé d'un tel dispositif | |
EP0454550A1 (fr) | Echangeur de chaleur, notamment pour fluides corrosifs | |
CA2036416C (fr) | Generateur electrothermique pour le chauffage de liquide, avec un ruban electriquement resistant spirale sur un tube traverse par le liquide | |
FR2972890A1 (fr) | Systeme inductif pouvant servir de creuset froid | |
FR2472151A1 (fr) | Four de chauffage par induction a haute temperature | |
FR3001285A1 (fr) | Chaudiere electrique a deux circuits d'eau internes | |
EP0438366A1 (fr) | Inducteur pour un four à induction, comportant un tube parcouru par un liquide de refroidissement | |
FR2817953A1 (fr) | Dispositif d'echange thermique entre un element d'apport thermique et un fluide circulant dans un conduit tubulaire | |
EP1464907A1 (fr) | Echangeur de chaleur hélicoidal à ailettes et chaudière équipée d'un tel échangeur | |
FR2558574A1 (fr) | Perfectionnements apportes aux installations thermo-electriques a thermo-elements interposes entre des conduits chauds et froids | |
JP2001149225A (ja) | 高熱効率アウトドア用ケトル | |
RU15813U1 (ru) | Термоэлектрический генератор | |
FR2632115A1 (fr) | Inducteur pour dispositif de mise en forme de metal liquide par des forces electromagnetiques | |
CH451352A (fr) | Appareil pour le chauffage électrique de locaux | |
SU1309332A1 (ru) | Электронагреватель | |
ES2025939A6 (es) | Mejoras en los sistemas de calentamiento de fluidos, de especial aplicacion a motores de combustion interna. |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MKEX | Expiry |