FR2552612A1

FR2552612A1 - HEATING DEVICE WITH A HEAT PUMP FLUID CONTAINED IN AN ELECTRICALLY POWERED CIRCULATION ELEMENT

Info

Publication number: FR2552612A1
Application number: FR8413978A
Authority: FR
Inventors: Hans Hucke; Wolfgang Hermann; Klaus Hermann; Artur Schmidt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-09-22
Filing date: 1984-09-12
Publication date: 1985-03-29
Also published as: GB8420400D0; DE3334334A1; JPS6099951A; GB2147776A

Abstract

UN FLUIDE CALOPORTEUR 2 EST ENTRAINE EN CIRCULATION FORCEE DANS UN ELEMENT TUBULAIRE DE CIRCULATION 1, ALIMENTE ELECTRIQUEMENT PAR DES ELECTRODES 3, 3, 4. LE TUBE 1 EST EN MATERIAU CONDUCTEUR, ET CONSTITUE LA RESISTANCE ELECTRIQUE DE CHAUFFAGE, POUR ELEVER LA TEMPERATURE DU FLUIDE CALOPORTEUR 2. EN VARIANTE, LE TUBE 1 EST EN MATERIAU ISOLANT OU ISOLE INTERIEUREMENT PAR UN REVETEMENT 7, 7, ET LE FLUIDE CALOPORTEUR 2, ELECTRIQUEMENT CONDUCTEUR, CONSTITUE LUI-MEME LA RESISTANCE ELECTRIQUE DE CHAUFFAGE. APPLICATION AUX DISPOSITIFS DE CHAUFFAGE A CORPS TUBULAIRE, CONTENANT UN FLUIDE CALOPORTEUR.A HEAT TRANSFER FLUID 2 IS DRIVEN IN FORCED CIRCULATION IN A TUBULAR CIRCULATION ELEMENT 1, ELECTRICALLY SUPPLIED BY ELECTRODES 3, 3, 4. TUBE 1 IS IN CONDUCTIVE MATERIAL, AND CONSTITUTES THE ELECTRIC HEATING RESISTANCE, TO RAISE THE TEMPERATURE HEAT TRANSFER 2. IN AN ALTERNATIVE, TUBE 1 IS IN INSULATION OR INSULATED INTERNALLY BY A COATING 7, 7, AND THE HEAT TRANSFER 2, ELECTRICALLY CONDUCTIVE, IS ITSELF THE ELECTRIC HEATING RESISTANCE. APPLICATION TO TUBULAR BODY HEATING DEVICES CONTAINING A HEAT TRANSFER FLUID.

Description

Dispositif de chauffage, à fluide caloporteur contenuHeating device with heat transfer fluid

dans un élément de circulation alimenté électriquement. in an electrically powered circulation element.

L'invention concerne un dispositif de chauf5 fage, pour chauffer un fluide caloporteur entraîné en circulation forcée dans un élément tubulaire de circulation alimenté électriquement, et faisant partie d'un système de transfert de chaleur, pour le chauffage d'un appareil qui consomme de la chaleur; 10 l'alimentation électrique de l'élément de circulation est assurée au moyen d'électrodes, éventuellement par l'intermédiaire d'un transformateur monté The invention relates to a heating device, for heating a heat transfer fluid driven in forced circulation in an electrically powered tubular circulation element, and forming part of a heat transfer system, for heating a device which consumes heat. the heat; The electrical supply of the circulation element is ensured by means of electrodes, possibly via a mounted transformer

sur le circuit allant de la source de courant électrique à l'élément de circulation. on the circuit from the electric power source to the circulation element.

Dans un tel dispositif, connu par exemple d'après le modèle d'utilité allemand DE-GM 7 618 150, l'expérience montre que l'installation de la résistance électrique de chauffage dans l'élément de circulation pose des problèmes d'étanchéité, et impose le In such a device, known for example from the German utility model DE-GM 7 618 150, the experiment shows that the installation of the electrical heating resistor in the circulation element poses sealing problems. , and imposes the

montage de tubes de protection et de brides de liaison. mounting protective tubes and connecting flanges.

Le but de l'invention, telle que définie dans The purpose of the invention, as defined in

les revendications, est de réaliser un dispositif de the claims, is to make a device for

chauffage du genre considéré,comportant un élément de circulation alimenté électriquement, et permettant d'évi25 ter les inconvénients que l'on vient d'exposer, grâce à un élément tubulaire de circulation dont on a beaucoup simplifié la réalisation sans en compromettre la fiabilité, heating of the kind in question, comprising an electrically powered circulation element, and making it possible to avoid the disadvantages which have just been exposed, thanks to a tubular circulation element whose implementation has been greatly simplified without compromising its reliability,

fiabilité, afin d'assurer une augmentation du rendement thermique du dispositif de chauffage, en permettant d'avoir sur toute la surface d'échange calorifique une température de chauffage pratiquement constan5 te, de manière réglable. reliability, in order to ensure an increase in the thermal efficiency of the heating device, by making it possible to have on the entire heat exchange surface a substantially constant heating temperature, in an adjustable manner.

Selon l'invention, l'appareil de chauffage du genre défini plus haut est caractérisé en ce que, le fluide caloporteur n'étant pas électriquement conducteur, le tube de l'élément de circulation est réalisé 10 lui-même en un matériau électriquement conducteur, et constitue ainsi la résistance électrique de chauffage According to the invention, the heating appliance of the type defined above is characterized in that, since the coolant is not electrically conductive, the tube of the circulation element is itself made of an electrically conductive material. , and thus constitutes the electric heating resistance

qui peut être mise au contact des électrodes d'alimentation, et qui assure le chauffage du fluide caloporteur. which can be brought into contact with the feed electrodes, and which ensures the heating of the coolant.

Egalement selon l'invention, l'appareil de chauffage considéré est caractérisé en ce que, le fluide caloporteur étant électriquement conducteur, des moyens sont prévus pour relier aux électrodes d'alimentation le fluide caloporteur, qui joue direc20 tement le rôle de résistance de chauffage; le tube de l'élément de circulation est alors réalisé en un matériau isolant, ou comporte intérieurement un revêtement isolant, ou une garniture de configuration Also according to the invention, the heating apparatus in question is characterized in that, the heat transfer fluid being electrically conductive, means are provided for connecting the heat transfer fluid to the supply electrodes, which directly acts as a heating resistor. ; the tube of the circulation element is then made of an insulating material, or internally comprises an insulating coating, or a configuration seal

quelconque, servant à isoler électriquement le tube 25 par rapport au fluide caloporteur. any, used to electrically isolate the tube 25 relative to the heat transfer fluid.

Outre le fait d'assurer les résultats indiqués plus haut, le dispositif conforme à l'invention permet d'obtenir divers avantages intéressants En particulier, un élément de chauffage particulier, tel 30 qu'une résistance électrique de chauffage, n'est plus alors nécessaire En outre, le transport de chaleur jusqu'au lieu de consommation peut s'effectuer presque sans pertes, même sur des distances assez importantes, ce qui permet de réduire l'importance des surfaces 35 d'échange calorifique En particulier lorsqu'on utilise un fluide caloporteur qui est électriquement conducteur, ce fluide s'échauffe pour ainsi dire de lui- même, en passant dans l'élément tubulaire de circulation, et ceci permet une économie sur les moyens d'isolation d'ordre électrique, et aussi, dans une large mesure, sur les moyens d'isolation d'ordre thermique. On va maintenant décrire, à titre d'exemples, quelques modes de réalisation de l'invention, en réfé10 rence aux dessins annexés, qui sont des vues en coupe longitudinale du dispositif de chauffage conforme à l'invention, dans lesquelles: la figure 1 représente un élément tubulaire de circulation, de forme rectiligne, en matériau con15 ducteur, dans lequel passe un fluide caloporteur électriquement isolant, en circulation forcée; la figure 2 représente un élément tubulaire de circulation analogue, de forme rectiligne, en matériau électriquement isolant, dans lequel passe un fluide caloporteur électriquement conducteur, en circulation forcée; la figure 3 représente un élément tubulaire de circulation, en forme d'épingle à cheveux, en matériau conducteur, dans lequel passe un fluide calo25 porteur électriquement isolant, en circulation forcée; la figure 4 représente un élément de circulation, constitué de trois parties tubulaires montées In addition to ensuring the results indicated above, the device according to the invention makes it possible to obtain various advantageous advantages. In particular, a particular heating element, such as an electrical heating resistor, is then no longer In addition, the heat transport to the place of consumption can be carried out almost without losses, even over considerable distances, which makes it possible to reduce the importance of the heat exchange surfaces. a heat transfer fluid which is electrically conductive, this fluid heats up, so to speak, of itself, passing through the tubular circulation element, and this allows a saving on the electrical insulation means, and also, to a large extent, on thermal insulation means. Some embodiments of the invention will now be described, by way of example, with reference to the appended drawings, which are longitudinal sectional views of the heating device according to the invention, in which: FIG. 1 represents a tubular circulation element, of rectilinear shape, of conductive material, in which passes an electrically insulating heat transfer fluid in forced circulation; FIG. 2 represents a tubular element of similar circulation, of rectilinear shape, of electrically insulating material, through which passes an electrically conductive heat transfer fluid, in forced circulation; FIG. 3 represents a hairpin-shaped tubular circulation element made of conductive material, through which an electrically insulating carrier heat-exchange fluid passes in forced circulation; FIG. 4 represents a circulation element consisting of three mounted tubular parts

en parallèle.in parallel.

Comme on le voit sur la figure l, l'élément 30 de circulation est constitué essentiellement par un tube rectiligne 1, réalisé en un matériau conducteur de l'électricité, et faisant corps avec la résistance électrique de chauffage Lorsque fonctionne le dispositif de transfert de chaleur (non représenté), un 35 fluide caloporteur 2 circule dans le sens des flèches, à travers le tube 1, auquel sont raccordées une électrode d'alimentation 4 et les électrodes 3, 3 ', de retour par la masse, comme schématisé sur la figure Si on fait passer le courant électrique, la 5 puissance électrique passant dans la paroi du tube 1 se transforme en chaleur, et se trouve reprise par le fluide caloporteur 2 Pour pouvoir moduler différemment la conversion de puissance sur toute la longueur de l'élément de circulation, l'électrode d'alimenta10 tion 4, disposée en position médiane entre les deux électrodes 3, 3 ', de retour à la masse, est agencée As seen in FIG. 1, the circulating element 30 consists essentially of a rectilinear tube 1, made of an electrically conductive material, and forming part of the electrical heating resistor. heat (not shown), a coolant 2 flows in the direction of the arrows, through the tube 1, to which are connected a feed electrode 4 and the electrodes 3, 3 ', back by the mass, as schematized on If the electric current is passed through, the electrical power passing through the wall of the tube 1 is transformed into heat, and is taken up by the coolant 2 In order to be able to modulate the power conversion differently over the entire length of the circulating element, the feed electrode 4, arranged in a median position between the two electrodes 3, 3 ', of return to ground, is arranged

de manière à pouvoir coulisser dans les deux sens. so that it can slide in both directions.

Le tube rectiligne 1 peut être réalisé avec une longueur relativement importante. The rectilinear tube 1 can be made with a relatively large length.

On a représenté sur la figure 2 un élément tubulaire de circulation, constitué de deux parties tubulaires 5 et 6, en matériau électriquement isolant, ou en un matériau quelconque mais pourvu intérieurement d'un revêtement électriquement isolant 7, 7 ', ou 20 d'une garniture isolante, de profil quelconque en section transversale, pour isoler électriquement l'élément tubulaire par rapport au fluide Les parties tubulaires 5 et 6 sont reliées l'une à l'autre par un raccord 9, et portent à leurs extrémités des embouts 8 et 10 électriquement conducteurs Le raccord 9 et les embouts 8 et 10 des extrémités sont fixes aux parties tubulaires 5 et 6 par des joints étanches 11 à 14 Pour faire arriver l'énergie électrique au fluide, l'une des électrodes 4 est reliée au raccord 30 9, et les autres électrodes 3, 3 ', sont reliées aux FIG. 2 shows a tubular circulation element, consisting of two tubular parts 5 and 6, made of electrically insulating material, or of any material but provided internally with an electrically insulating coating 7, 7 ', or 20 of an insulating lining, of any profile in cross section, for electrically insulating the tubular element with respect to the fluid The tubular parts 5 and 6 are connected to each other by a connection 9, and carry at their ends end-pieces 8 and 10 electrically conductive The connector 9 and the ends 8 and 10 of the ends are fixed to the tubular parts 5 and 6 by seals 11 to 14 To bring the electrical energy to the fluid, one of the electrodes 4 is connected to the connection 9, and the other electrodes 3, 3 ', are connected to

embouts 8 et 10 des extrémités.tips 8 and 10 of the ends.

Egalement dans ce cas, lorsqu'on fait passer le courant électrique, la puissance électrique passant Also in this case, when passing the electric current, passing electric power

à travers le fluide caloporteur 2 qui est électrique35 ment conducteur, est convertie immédiatement en chaleur. through heat transfer fluid 2 which is electrically conductive, is converted immediately into heat.

Pour pouvoir en cas de besoin augmenter localement le taux de conversion de puissance, en un endroit déterminé de la partie tubulaire 6 de l'élément de circulation, on a prévu au milieu de cette partie tubulaire un corps de déplacement 15, par exemple de In order to be able to locally increase the power conversion rate at a given location of the tubular part 6 of the circulation element, a displacement body 15, for example

forme profilée, pour provoquer à l'endroit correspondant un échauffement plus important, le corps de déplacement 15 peut comporter une fixation réglable. shaped form, to cause the corresponding place a greater heating, the displacement body 15 may comprise an adjustable fixing.

Comme on le voit sur la figure 3, un autre mode de réalisation comporte un élément tubulaire de circulation 21, cintré en fonne d'éirleà cheveux, et fixé par ses deux extrémités libres 28, 29, à une plaque métallique 16, qui sert de masse Au milieu de cette plaque 16, est ménagé un trou pour le montage d'un isolateur 17, dans lequel passe un conducteur électrique 18, ayant son extrémité libre 19 reliée à l'extrémité cintrée 20 de l'élément de circulation tubulaire 21 Du côté des extrémités de raccordement de l'élément de circulation, est prévu un transformateur 26, 20 dans lequel une borne 22 de l'enroulement secondaire As can be seen in FIG. 3, another embodiment comprises a tubular circulation element 21, bent in the form of a hair eirle, and fixed by its two free ends 28, 29, to a metal plate 16, which serves as a In the middle of this plate 16 is formed a hole for mounting an insulator 17, in which passes an electrical conductor 18, having its free end 19 connected to the curved end 20 of the tubular circulation element 21. side of the connecting ends of the circulation element is provided a transformer 26, 20 in which a terminal 22 of the secondary winding

23 est reliée à la plaque métallique 16, l'autre borne 24 étant reliée à l'extrémité isolée 16 du conducteur électrique 18, en saillie sur la plaque métallique 16, pour assurer l'alimentation du conducteur. 23 is connected to the metal plate 16, the other terminal 24 being connected to the insulated end 16 of the electrical conductor 18, projecting from the metal plate 16, to provide power to the conductor.

Pour masquer le tube électriquement conducteur 21 qui est très chaud pendant le fonctionnement du dispositif de chauffage, on a prévu une enveloppe de protection 25, qui se fixe sur la plaque métallique 16, du To mask the electrically conductive tube 21 which is very hot during the operation of the heater, there is provided a protective envelope 25, which is fixed on the metal plate 16, the

côté du tube.side of the tube.

Enfin, comme schématisé sur la figure 4, l'élément de circulation peut être constitué par trois parties tubulaires 27 à 29, analogues à l'élément tubulaire de la figure 1, montées en parallèle avec un certain écartement relatif, et reliées entre elles 35 par leurs extrémités au moyen de quatre tubes transversaux de liaison 30 à 33, de manière a déboucher de chaque côté dans un embout tubulaire d'extrémité 34, 35, coaxial à la partie tubulaire centrale 28 Les parties tubulaires, ainsi que les tubes trans5 versaux de liaison, et les embouts tubulaires des extrémités, sont tous confectionnés en un matériau conducteur de l'électricité, de manière à constituer la résistance électrique de chauffage Dans ce cas, les électrodes d'alimentation 36 à 38 sont disposées au milieu des parties tubulaires 27 à 29, et les électrodes 39, 40, de retour à la masse sont disposées sur Finally, as shown diagrammatically in FIG. 4, the circulation element can be constituted by three tubular portions 27 to 29, similar to the tubular element of FIG. 1, mounted in parallel with a certain relative spacing, and connected together. by their ends by means of four transverse connecting tubes 30 to 33, so as to open on each side in a tubular tip end 34, 35, coaxial with the central tubular portion 28 The tubular parts, as well as the trans5 versaux tubes and the tubular ends ends, are all made of an electrically conductive material, so as to constitute the electrical heating resistance In this case, the supply electrodes 36 to 38 are arranged in the middle of the tubular parts 27 to 29, and the electrodes 39, 40, of return to ground are arranged on

les embouts tubulaires des extrémités 34, 35. the tubular ends of the ends 34, 35.

Les trois parties tubulaires 27 à 29 sont The three tubular parts 27 to 29 are

ainsi montées en parallèle du point de vue de l'écou15 lement du fluide caloporteur, et constituent un montage électrique en étoile. thus mounted in parallel from the point of view of the flow of the coolant, and constitute a star electrical assembly.

Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation de l'exemple décrit et représenté, elle est susceptible de nombreuses varian20 tes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans s'écarter pour cela du Of course, the invention is not limited to the embodiments of the example described and shown, it is capable of many variations accessible to those skilled in the art, depending on the intended applications and without departing for that of

cadre de l'invention.framework of the invention.

C'est ainsi que l'élément de circulation qui est représenté rectiligne ou courbe sur les figures, 25 peut présenter d'autres formes appropriées, telles Thus, the circulation element which is shown rectilinear or curved in the figures may have other suitable shapes, such as

que des formes ondulées ou hélicoïdales, et peut coopérer avec plusieurs éléments associés. as wavy or helical shapes, and can cooperate with several associated elements.

Claims

1 Heating device for heating a heat transfer fluid entrained in forced circulation in an electrically powered tubular circulation element and part of a heat transfer system, for heating a device that consumes heat, the electrical supply of the circulation element being ensured by means of electrodes, this device being characterized in that, since the coolant (2) is not electrically conductive, the tube (1) of the circulation element is produced itself into an electrically conductive material, and thus constitutes the resistance

electrical heating, which can be put in contact with the electrodes (3, 3 ', 4) and which provides heating of the coolant (2).

2 Heating device, for heating a heat transfer fluid contained in an electrically powered tubular circulation element, this circulation element being traversed by the fluid in forced circulation, and forming part of a heat transfer system for heating a apparatus that consumes heat, the power supply of the circulation element being ensured by means of electrodes, this device being characterized in that, the heat transfer fluid (2) being electrically conductive, means are provided for connecting to the electrodes (3, 3 ', 4) the coolant (2), which acts directly as a heating resistor, the tube (1) of the circulation element being made of an electrically insulating material, or internally having a coating insulation, or a gasket (7, 7 '), of any configuration, for electrically isolating the tube (1) from the coolant (2) 3 Dis positive heater according to claim 1, characterized in that the circulation tube (21) is bent in the form of hairpins, and fixed by its free ends (28, 29) to a metal plate (16) serving as mass an insulator (17) fixed in the middle of the insulating plate (16) for the passage of an electrical conductor (18) whose free end (19) is connected to the curved end (20) of the element

of circulation.

4 Heating device according to claim 3, characterized in that it comprises a transformer (26), arranged between the current source and the circulation element, one of the terminals (22) of the secondary winding ( 23) of the transformer (26) being connected to the metal plate (16), while the other terminal (24) is connected to the end of the electrical conductor (18) projecting from the metal plate

(16) to provide power to the driver.

Heating device according to one of Claims 3 or 4, characterized in that it comprises a protective casing (25) fixed to the plate

(16), for covering the hairpin tube with

hair (21) of the circulation element.

Heating device according to Claim 1, characterized in that a displacement body (15), for example profiled, is mounted in a tubular part (6) of the tubular circulation element.

(1), to increase the heat capacity ratio.

7 Heating device according to revendi5 cation 1, characterized in that the point of connection of the electric supply current is disposed between two neighboring points of connection, and can be

move between these two points by sliding.

Heating device according to claim 7, characterized in that the tubular element

circulation has a straight configuration.

9 Heating device according to one of

claims 1 or 2, characterized in that the element

circulation is rectilinear, or has a corrugated or helical shape, or cooperates with several

related elements.

Heating device according to one of

claims 1 or 2, characterized in that the element

of circulation comprises a plurality of tubular portions 20 (27, 28, 29) which are connected in parallel with the point

view heat exchanges, and mounted star for the power supply of the device.