EP0193843A1 - Générateur thermo-inductif pour la production de fluide chaud - Google Patents

Générateur thermo-inductif pour la production de fluide chaud Download PDF

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EP0193843A1 EP86102411A EP86102411A EP0193843A1 EP 0193843 A1 EP0193843 A1 EP 0193843A1 EP 86102411 A EP86102411 A EP 86102411A EP 86102411 A EP86102411 A EP 86102411A EP 0193843 A1 EP0193843 A1 EP 0193843A1
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thermo
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tubular
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Paul Roth
Roland Labat
Sylvain Cagnioux
Yves Girault
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Sa "compagnie Generale De Chauffe"
Alstom SA
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Sa "compagnie Generale De Chauffe"
Alstom SA
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    • H—ELECTRICITY
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    • 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
    • H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/105—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications using a susceptor
    • H05B6/108—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications using a susceptor for heating a fluid
    • 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
    • H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power

Definitions

  • the present invention relates to a thermo-inductive generator for the production of hot fluid.
  • thermo-inductive generator of the transformer type comprising a magnetic circuit, a primary winding, supplied with electric current and a tubular secondary winding traversed by a fluid to be heated, said tubular secondary winding being electrically short-circuited
  • the aim of the proposed solution is therefore to obtain an apparatus whose cost is lower than that of known heating assemblies, such as, for example, electric boilers with electrodes which additionally require an isolation transformer.
  • thermo-inductive generator for the production of hot fluid, of the short-circuit transformer type comprising a magnetic circuit, a primary winding supplied with electric current and a tubular secondary winding electrically short-circuited and traversed by a fluid to be heated, characterized in that said tubular secondary winding comprises a plurality of n hydraulically connected tubular elementary circuits, said tubular elementary circuits comprising electrical coupling means, and in that the various elementary circuits are electrically put into service by thyristors controlled by electronic means.
  • the n elementary circuits are distributed over three columns of a three-phase magnetic circuit.
  • the elementary tubular circuits can be hydraulically and electrically connected in series, in parallel or in parallel series.
  • a primary winding 2 made up of electric wires and connected to the high-voltage network by plugs, plug-ins 3 and a secondary winding 4 (fig. 1 ) formed of tubes hydraulically mounted in series, in parallel or in combination of the two.
  • FIG 1 illustrates the mounting, by core, of four tubes 5, 6, 7 and 8 in parallel.
  • the tubes open into intermediate collectors 9 to 14 and then into general collectors 15 and 16 (fig. 3).
  • Said tubes are, at least in part, electrically isolated from the collectors by sleeves 17, according to the chosen electrical coupling.
  • FIG. 3 clearly shows the hydraulic mounting in parallel, on each column, of the four elementary tubular circuits 5, 6, 7 and 8 and also of the assembly of each column, in parallel on the general collectors 15 and 16. In this way , sufficient flow is ensured with a speed which is a function of the installation without excessive pressure losses.
  • the electrical coupling is carried out by bars 18 to 29, insulating sleeves 17 and groups of head-to-tail thyristors 30, 31, 32 and 33.
  • Figure 4 provides a better view of the electrical circuit.
  • the hydraulic circuit leads to a heat exchanger comprising a primary 3 4 and a secondary 35.
  • a pump 36 ensures circulation.
  • FIG. 5 represents the equivalent electrical diagram of FIG. 4, the same references representing the same elements.
  • the thyristor group 30 includes the thyristors 30A and 30B, the group 31 the thyristors 31 A and 318, the group 32 the thyristors 32A and 328 and the group 33, the thyristors 33A and 33B.
  • FIG. 6 gives the electronic diagram for regulating and controlling the thyristors corresponding to FIG. 5, and therefore for the thermo-inductive generator shown in the preceding figures.
  • the eight thyristors 30A to 33B are controlled by modulators 40, 41, 42 and 43.
  • the orders are given by a sequencer 44 which has four outputs, one per modulator according to a known principle.
  • the information linked to the use is collected by a regulator 45 which compares the displayed temperature with that measured by means of a probe.
  • Figure 7 gives the diagram obtained for 80% of the power and Figure 8 for 20%.
  • the zones marked 61 and 71 give the duration of a cycle in both cases.
  • This operation is equivalent to that of a transformer whose secondary is charged by resistors.
  • the ignition of all or part of the thyristors allows at will to put into service one or more portions of secondary winding and thus allows regulation, the orders being given by the electronic assembly described in relation to FIG. 6.

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  • Electromagnetism (AREA)
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  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
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  • Rectifiers (AREA)

Abstract

Le générateur est du type transformateur à enroulement secondaire tubulaire en court-circuit parcouru par le fluide à chauffer, caractérisé en ce que ledit enroulement secondaire tubulaire comprend une pluralité de n circuits élémentaires tubulaires (5, 6, 7, 8) hydrauliquement reliés (10 à 16), lesdits circuits élémentaires comprenant des moyens de couplage électrique (18 à 29), et en ce que les différents circuits élémentaires sont mis électriquement en service par des thyristors (30 à 33) pilotés électroniquement de façon séquentielle.

Description

  • La présente invention concerne un générateur thermo-inductif pour la production de fluide chaud.
  • On connaît par le document britannique n° 2 105 159A un générateur thermo-inductif du type transformateur comportant un circuit magnétique, un enroulement primaire, alimenté en courant électrique et un enroulement secondaire tubulaire parcouru par un fluide à chauffer, ledit enroulement secondaire tubulaire étant mis électriquement en court-circuit
  • Dans ce document, il est fait mention d'une commande par thyristors, mais la solution présentée implique :
    • -que la régulation soit faite au primaire du transformateur du fait du court-circuitage complet de la spire de l'enroulement secondaire de chauffe,
    • -que la tension au primaire soit faible et compatible avec ce que peuvent supporter les thyristors, d'où une limitation de la puissance des appareils,
    • -de faire la régulation par variation de l'angle de phase si l'on veut une régulation continue de zéro à la puissance maximale sans avoir de pointes d'intensité à l'enclenchement Cette solution donne un mauvais cosinus φ dans la zone des faibles puissances appelées d'où un mauvais rendement En effet, le cosinus φ est d'autant meilleur que la puissance est forte.
  • Dans le cas d'un primaire haute tension, on peut aussi faire la régulation à l'aide d'un régleur en charge au primaire, mais c'est une solution onéreuse.
  • On peut enfin travailler par "trains d'ondes" avec un contacteur ou un disjoncteur de manoeuvre agissant par "tout ou rien" mais on a-dans ce cas un appel de puissance très élevé à chaque enclenchement, ce qui donne des surintensités sur le réseau d'alimentation.
  • Enfin, l'utilisation connue d'unités monophasées couplées en triphasé conduit, là encore, à un coût plus élevé que celui d'un circuit magnétique triphasé.
  • Le but de la solution proposée est donc d'obtenir un appareil dont le coût soit inférieur à celui des ensembles de chauffage connus, telles par exempte les chaudières électriques à électrodes qui nécessitent en plus un transformateur d'isolement
  • Et de plus, de permettre l'obtention d'une régulation par paliers suffisamment fins depuis le zéro de puissance jusqu'à la puisssance maximale avec des appels de courants supportables pour le réseau d'alimentation.
  • L'invention a ainsi pour objet un générateur thermo-inductif pour la production de fluide chaud, du type transformateur en court-circuit comprenant un circuit magnétique, un enroulement primaire alimenté en courant électrique et un enroulement secondaire tubulaire mis électriquement en court-circuit et parcouru par un fluide à chauffer, caractérisé en ce que ledit enroulement secondaire tubulaire comprend un pluralité de n circuits élémentaires tubulaires hydrauliquement reliés, lesdits circuits élémentaires tubulaires comprenant des moyens de couplages électriques, et en ce que les différents circuits élémentaires sont mis électriquement en service par des thyristors commandés par des moyens électroniques.
  • Selon une réalisation préférée les n circuits élémentaires sont répartis sur trois colonnes d'un circuit magnétique triphasé.
  • Les circuits élémentaires tubulaires peuvent être reliés hydrauliquement et électriquement en série, en parallèle ou en série parallèle.
  • On va maintenant décrite un exemple de réalisation particulier de t'invention en se référant au dessin ci-joint dans lequel:
    • La figure 1 montre une vue générale d'un générateur thermo-inductif selon l'invention.
    • La figure 2 montre le même générateur que celui de la figure 1 mais vu du côté de l'alimentation des sorties haute tension.
    • La figure 3 donne une réalisation de montage de l'enroulement secondaire montrant les couplages hydrauliques et électriques.
    • La figure 4 est un schéma électrique et hydraulique correspondant à la figure 3.
    • La figure 5 représente le schéma électrique équivalent à la figure 4.
    • La figure 6 représente le schéma électronique de régulation et de commande des thyristors pour un montage comprenant quatre gradins de régulation.
    • Les figures 7 et 8 sont des diagrammes de fonctionnement
  • L'invention peut être décrite de la façon suivante, à l'aide des figures 1 à 8.
  • Sur un circuit magnétique triphasé 1 (fig.2) sont montés concentriquement sur chacun des trois noyaux un enroulement primaire 2 constitué de fils électriques et raccordé au réseau haute tension par des bomes,embrocha- bles 3 et un enroulement secondaire 4 (fig.1) formé de tubes montés hydrauliquement en série, en parallèle ou en combinaison des deux.
  • La figure 1 illustre le montage, par noyau, de quatre tubes 5, 6, 7 et 8 en parallèle.
  • Les tubes débouchent dans des collecteurs intermédiaires 9 à 14 puis dans des collecteurs généraux 15 et 16 (fig. 3).
  • Lesdits tubes sont, au moins en partie, isolés électriquement des collecteurs par des manchons 17, suivant le couplage électrique choisi.
  • La figure 3 montre bien le montage hydraulique en parallèle, sur chaque colonne, des quatre circuits élémentaires tubulaires 5, 6, 7 et 8 et également de l'ensemble de chaque colonne, en parallèle sur les collecteurs généraux 15 et 16. De cette façon, on assure un débit suffisant avec une vitesse fonction de l'installation sans pertes de charge trop importantes.
  • Le couplage électrique est réalisé par des barrettes 18 à 29, des manchons isolants 17 et des groupes de thyristors tête-bêche 30, 31, 32 et 33.
  • La figure 4 permet de mieux voir le circuit électrique. Sur ce schéma, on voit bien les mises en séries, par groupe de deux, au moyen des barrettes 18 à 23, des circuits élémentaires tubulaires 8 et 7 d'une part et 5 et 6 d'autre part pour chaque colonne.
  • Sur ce schéma, le circuit hydraulique aboutit à un échangeur de chaleur comprenant un primaire 34 et un secondaire 35. Une pompe 36 assure la circulation.
  • La figure 5 représente le schéma électrique équivalent de la figure 4, les mêmes références représentant les mêmes éléments.
  • La groupe de thyristors 30 comprend les thyristors 30A et 30B,-le groupe 31 les thyristors 31 A et 318, le groupe 32 les thyristors 32A et 328 et le groupe 33, les thyristors 33A et 33B.
  • La figure 6 donne le schéma électronique de régulation et de commande des thyristors correspondant à la figure 5, et donc pour le générateur thermo-inductif représenté sur les figures précédentes.
  • Sur cette figure, on a figuré par huit carrés, les huit thyristors 30A à 33B. Ces thyristors sont commandés par des modulateurs 40, 41, 42 et 43.
  • Les ordres sont donnés par un séquenceur 44 qui possède quatre sorties, une par modulateur selon un principe connu.
  • Les informations liées à l'utilisation sont collectées par un régulateur 45 qui compare la température affichée avec celle mesurée par l'intermédiaire d'une sonde.
  • La figure 7 donne le diagramme obtenu pour 80% de la puissance et la figure 8 pour 20%.
  • Les zones repérées 61 et 71 donnent la durée d'un cycle dans les deux cas de figure.
  • Le fonctionnement de l'ensemble peut être décrite de la façon suivante :
    • A partir du réseau d'alimentation non représenté , un courant électrique est injecté dans l'enroulement primaire, courant qui génère un champ qui, par l'intermédiaire du circuit magnétique,-va générer à son tour un courant dans les tubes de l'enroulement secondaire.
  • Les spires de cet enroulement qui sont court-circuitées vont s'échauffer et par suite chauffer le fluide qui parcourt les tubes et les collecteurs.
  • Ce fonctionnement est équivalent à celui d'un transformateur dont le secondaire est chargé par des résistances.
  • L'allumage de tout ou partie des thyristors permet à volonté de mettre en service une ou plusieurs portions d'enroulement secondaire et permet ainsi une régulation, les ordres étant donnés par l'ensemble électronique décrit en relation avec la figure 6.

Claims (7)

1/ Générateur thermo-inductif pour la production de fluide chaud du type transformateur en court-circuit comprenant un circuit- magnétique (1), un enroulement primaire (2) alimenté en courant électrique et un enroulement secondaire (4) tubulaire mis électriquement en court-circuit et parcouru par un fluide à chauffer, caractérisé en ce que ledit enroulement secondaire tubulaire comprend une pluralité de n circuits élémentaires tubulaires (5, 6, 7, 8) hydrauliquement reliés (10 à 16), lesdits circuits élémentaires tubulaires comprenant des moyens de couplage électrique - (18 à 29), et en ce que les différents circuits élémentaires sont mis électriquement en service par des thyristors (30 à 33) commandés par des moyens électroniques.
2/ Générateur thermo-inductif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les n circuits élémentaires sont répartis sur trois colonnes d'un circuit magnétique triphasé (1 ).
3/ Générateur thermo-inductif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les n circuits élémentaires sont hydrauliquement reliés en série.
4/ Générateur thermo-inductif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les n circuits élémentaires sont hydrauliquement reliés, en parallèle par l'intermédiaire de collecteurs (9 à 16) d'arrivée et de sortie.
5/ Générateur thermo-inductif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les n circuits élémentaires sont hydrauliquement reliés en série-parallèle par l'intermédiaire de collecteurs d'arrivée et de sortie.
6/ Générateur thermo-inductif sleon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les manchons électriques isolants (17) sont adéquatement placés entre les collecteurs (9 à 14) et les circuits élémentaires tubulaires selon le couplage électrique choisi.
7/ Générateur thermo-inductif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de commande électroniques des thyristors comportent un régulateur (45), un séquenceur (44), et des modulateurs - (40 à 43).
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