FR2568672A1 - Method and device for heating a gas by the Joule effect - Google Patents
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Abstract
Description
l'invention concerne un procédé de réchauffage de gaz par effet Joule et un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé,
Le dispositif consiste à générer des gaz chauds à partir de résistances électriques permettant des échanges thermiques importants et homogènes pour obtenir de l'air à plus de 8000 C sans détruire les éléments chauffants; de plus, les puissances massiques et/ou volumiques doivent outre suffisantes, de l'ordre de 1 MW/m3, pour être concurentielles vis à vis des bleurs à gaz du point de vue prix et du point de vue implantatioX
Par ailleurs ces conveetears présentent une inertie très faible, correspondant à des constantes de temps de l'ordre de la seconde, qui permettent des fonctionnements en régime varié impossibles avec des échangeurs classiques et délicats avec des brdleurs. the invention relates to a method of reheating gas by the Joule effect and a device for implementing the method,
The device consists in generating hot gases from electrical resistances allowing significant and homogeneous heat exchanges to obtain air at more than 8000 C without destroying the heating elements; in addition, the mass and / or volume powers must also be sufficient, of the order of 1 MW / m3, to be competitive with respect to gas blowers from the price point of view and from the implantation point of view.
Furthermore, these conveetears have a very low inertia, corresponding to time constants of the order of a second, which allow operations under varied conditions impossible with conventional and delicate exchangers with burners.
le procédé de ré chauffage de gaz par effet
Joule, selon l'invention, est remarquable en ce que l'on fait traverser une succession d'éléments chauffants, chauffés par effet Joule, plans et ajourés, par le courant de gaz à réchauffer perpendiculairement à la surface desdits éléments chauffants0
les explications et figures données ci-après à titre d'exemple permettront de comprendre comment l'invention peut titre réalisée.the gas reheating process by effect
Joule, according to the invention, is remarkable in that it passes through a succession of heating elements, heated by the Joule effect, planes and perforated, by the stream of gas to be heated perpendicular to the surface of said heating elements0
the explanations and figures given below by way of example will make it possible to understand how the invention can title realized.
La figure 1 est une vue en coupe transversale d'un exemple de réchauffeur selon l'invention. Figure 1 is a cross-sectional view of an example heater according to the invention.
la figure 2 est une vue en coupe longitudinale du réehauffeur de la figure 1. FIG. 2 is a view in longitudinal section of the reheater of FIG. 1.
La figure 3 est un diagramme illustrant un exemple de réchauffage du gaz. Figure 3 is a diagram illustrating an example of gas heating.
La figure 4 est un diagramme illustrant un autre exemple de réchauffage du gaz. Figure 4 is a diagram illustrating another example of gas heating.
le procédé de ré chauffage de gaz selon l'invention est remarquable en ce que l'on fait traverser perpendiculairement à leur surface une succession d'éléments chauffants, plans, ajour8s, chauffés par effet Joule. the gas reheating process according to the invention is remarkable in that one makes cross perpendicular to their surface a succession of heating elements, planes, openwork, heated by Joule effect.
les éléments chauffants se présentent sous la forme de panneaux ou de grilles constitués d'un métal déployé ou d'un arrangement de fils chauffés par effet Joule dont les dimensions caractéristiques sont de préférence de l'ordre du millimètre (cette dimension étant le diamètre ou l'épaisseur des fils ou de la grille). the heating elements are in the form of panels or grids made of expanded metal or an arrangement of wires heated by the Joule effect, the characteristic dimensions of which are preferably of the order of a millimeter (this dimension being the diameter or the thickness of the wires or the grid).
Selon exemple de réalisation représenté figures i et 2, le réchauffeur 1 est constitué d'une enceinte 2 comportant à l'intérieur un isolant thermique 3 délimitant un conduit dans lequel sont fixés les éléments chauffants 40, 41, 42, 43,... According to an embodiment shown in Figures i and 2, the heater 1 consists of an enclosure 2 having inside a thermal insulator 3 defining a conduit in which are fixed the heating elements 40, 41, 42, 43, ...
L'isolation intérieure de l'enceinte a pour but de limiter l'effet d'inertie thermique de c elle-ci. The purpose of the internal insulation of the enclosure is to limit the thermal inertia effect thereof.
les éléments chauffants portent des moyens d'alimentation en courant électrique en soi connus. the heating elements carry electric current supply means known per se.
Ces moyens d'alimentation 5 permettent de fournir à chaque élément chauffant soit la mEme puissance électrique soit une puissance électrique décroissante entre l'entrée et la sortie.These supply means 5 make it possible to supply each heating element with either the same electrical power or a decreasing electrical power between the input and the output.
les éléments chauffants constitués de panneaux plans, sent fixés perpendiculairement à l'auto du conduit et reçoivent un courant de gaz dirigé parallèlement à l'axe du conduit. Ce courant de gaz est produit par des moyens connus, tels que turbines, ventilateurs, etc.... the heating elements consist of flat panels, feels fixed perpendicular to the car of the duct and receive a current of gas directed parallel to the axis of the duct. This gas stream is produced by known means, such as turbines, fans, etc.
prévus à une extrémité du réchauffeur et selon l'exemple représenté disposés à l'extrémité gauche de la figure 2.provided at one end of the heater and according to the example shown arranged at the left end of FIG. 2.
L'élément chauffant atteint le premier par le courant de gaz à réchauffer est désigné comme élément chauffant d'entrée. L'élément chauffant le plus éloigné de celui d'entrée sera désigné comme élément chauffant de sortie
Le réchauffeur est connecté en sortie à l'installation industrielle à alimenter. The heating element reached first by the gas stream to be heated is designated as the input heating element. The heater farthest from the inlet will be designated as the outlet heater
The heater is connected at the output to the industrial installation to be supplied.
Les éléments chauffants peuvent être alimentés à partir d'un montage triangle ouvert ou étoile, le contrôle de la puissance étant réalisé par un gradateur triphasé. Plusieurs éléments chauffants peuvent être montés en série. The heating elements can be supplied from an open delta or star assembly, the power control being carried out by a three-phase dimmer. Several heating elements can be connected in series.
Selon différents procédés de réchauffage
- on alimente chaque élément chauffant avec une puissance électrique identique, ce qui conduit à avoir le mdme écart de température entre le corps de chauffe et le gaz. Le procédé est illustré par le diagramme de la figure 3 dans lequel ltécart des températures entre les éléments chauffants et le gaz reste approximativement constant (échelle des ordonnées) quel que soit le nombre dtéléments chauffants traversés (échelle des abscisses) ;;
- on alimente les éléments chauffants sous des puissances électriques différentes afin de les maintenir à la température la plus élevée possible. l'écart entre les températures des éléments chauffants traversés et la température du gaz va en diminuant depois l'élément chauffant d1eetrée recevant le gaz à réchauffer à ltélément chauffant de sortie où la température du gaz est sensiblement égale à celle de l'élément chauffant comme montré sur le diagramme de la figure 4 dans lequel les coordonnées sont les mêmes que dans l'exemple précédent.According to different heating processes
- each heating element is supplied with an identical electrical power, which leads to having the same temperature difference between the heating body and the gas. The process is illustrated by the diagram in FIG. 3 in which the temperature difference between the heating elements and the gas remains approximately constant (ordinate scale) regardless of the number of heating elements crossed (abscissa scale);
- the heating elements are supplied with different electrical powers in order to maintain them at the highest possible temperature. the difference between the temperatures of the heating elements passed through and the temperature of the gas decreases from time to time the heating element receiving the gas to be heated at the outlet heating element where the temperature of the gas is substantially equal to that of the heating element as shown in the diagram in Figure 4 in which the coordinates are the same as in the previous example.
L'avantage est de maintenir tous les éléments chauffants à une température la plus élevée possible. The advantage is to keep all the heating elements at the highest possible temperature.
la température des éléments chauffants est contrôlée par la mesure simultanée de la tension et du courant d'alimentation d'où l'on déduit la résistivité de l'élément chauffant. Connaissant à priori les variations de la résistivité en fonction de la température, il est possible d'alimenter l'élément chauffant de manière que sa température soit proche de sa température de destruction. the temperature of the heating elements is controlled by the simultaneous measurement of the supply voltage and current from which the resistivity of the heating element is deduced. Knowing a priori the variations in resistivity as a function of temperature, it is possible to power the heating element so that its temperature is close to its destruction temperature.
Des moyens de protection (non représentés) de chaque élément chauffant vis à vis des surintensités peuvent se déclencher en fonction de la mesure de la résistance électrique aux bornes de l'élément. Protection means (not shown) of each heating element with respect to overcurrents can be triggered as a function of the measurement of the electrical resistance across the element.
Les principaux avantages que présente ce procédé sont les suivants
- un faible temps de réponse obtenu par l'utilisation de l'électricité et un rapport masse/ surface d'échange intéressant (inférieur à 2 kg/m2) et autorisant des vitesses de variations de température de gaz de 40 à 100" C/s
- une bonne compacité (0,2 7 par
MW) due aux bons coefficientsdtéchange réalisables grâce à la nature de la surface d'échange et au principe d'échange par passage du courant de gaz des ouvertures de relativement faible diamètre hydraulique perpendiculairement à la surface de l'élément chauffant
- une minimisation des problèmes de tenue thermomécanique de la surface d'échange, grâce au sens de passage du courant de gaz qui permet d'obtenir une répartition de températures uniforme au niveau de chaque élément chauffant
- une faible constante de temps permettant d'utiliser une sécurité susceptible de couper l'alimentation en une fraction de seconde évitant une évolution de la température risquant d'aboutir à la destruction de l'élément chauffant.The main advantages of this process are as follows:
- a short response time obtained by the use of electricity and an interesting mass / exchange surface ratio (less than 2 kg / m2) and allowing speeds of gas temperature variations from 40 to 100 "C / s
- good compactness (0.2 7 per
MW) due to the good exchange coefficients achievable thanks to the nature of the exchange surface and to the principle of exchange by passage of the gas stream of openings of relatively small hydraulic diameter perpendicular to the surface of the heating element
- minimization of the thermomechanical resistance problems of the exchange surface, thanks to the direction of flow of the gas stream which makes it possible to obtain a uniform temperature distribution at the level of each heating element
- A low time constant making it possible to use a safety device capable of cutting the power supply in a fraction of a second, avoiding a change in temperature, which risks destroying the heating element.
Le procédé selon ltievention peut être appliqué au réchauffage de gaz à usage industriel ou pour des installations nécessitant un encombrement réduit et/ou une dynamique thermique rapide. Il peut encore être appliqué pour des dispositifs appelés à remplacer des brdleurs à gaz dans des fours de traitement thermique avec brassage d'air. The method according to the invention can be applied to the heating of gases for industrial use or for installations requiring a reduced bulk and / or rapid thermal dynamics. It can also be applied for devices called to replace gas burners in heat treatment furnaces with air circulation.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8412391A FR2568672B1 (en) | 1984-08-06 | 1984-08-06 | METHOD AND DEVICE FOR HEATING GAS BY JOUL EFFECT. |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
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| FR2568672A1 true FR2568672A1 (en) | 1986-02-07 |
| FR2568672B1 FR2568672B1 (en) | 1988-12-09 |
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|---|---|---|---|
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| FR (1) | FR2568672B1 (en) |
Cited By (1)
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- 1984-08-06 FR FR8412391A patent/FR2568672B1/en not_active Expired
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| US8249439B2 (en) | 2005-11-10 | 2012-08-21 | Linde Aktiengesellschaft | High-pressure gas heating device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2568672B1 (en) | 1988-12-09 |
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