FR2627048A1 - Vessel for the induction heating of a liquid - Google Patents
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Abstract
Description
L invention concerne le chauffage de substances liquides. plus particulièrement industrielles, et est relative à une technique de chauffage qui fait appel à 1 induction électromagnétique. The invention relates to the heating of liquid substances. more particularly industrial, and relates to a heating technique which uses 1 electromagnetic induction.
L'invention concerne plus spécialement une cuve pour le chauffage d un liquide par induction. The invention relates more specifically to a tank for heating a liquid by induction.
Un certain nombre de substances liquides notamment à usage industriel 'sont portées à des températures déterminées pour leur mise en oeuvre. On utilise par exemple des cuves. des réacteurs chimiques, etc... où la substance liquide est portée à une température déterminée par exemple pour etre cuite comme c' est le cas dans les techniques agro-alimentaires ou pour donner lieu à une réaction comme c'est souvent le cas en chimie. A certain number of liquid substances, in particular for industrial use, are brought to temperatures determined for their use. For example, tanks are used. chemical reactors, etc ... where the liquid substance is brought to a determined temperature for example to be cooked as it is the case in food processing techniques or to give rise to a reaction as it is often the case in chemistry.
Ces liquides sont chauffés par transfert thermique à travers la paroi du récipient ou cuve qui les contient. These liquids are heated by thermal transfer through the wall of the container or tank that contains them.
Le chauffage de cette paroi est obtenu de différentes manières par exemple par de l'eau surchauffée, de la vapeur. un fluide caloporteur, des résistances électriques et aussi par induction électromagnétique. The heating of this wall is obtained in different ways, for example by superheated water, steam. a heat transfer fluid, electrical resistances and also by electromagnetic induction.
L'invention concerne plus particulièrement cette dernière technique de chauffage électrique par induction. The invention relates more particularly to this latter technique of electric induction heating.
La technique du chauffage par induction, bien que plus coûteuse que certaines autres, permet d'atteindre des densités de puissance élevées dans la paroi de la cuve et présente l'avantage d'avoir une très petite inertie thermique. The induction heating technique, although more expensive than some others, achieves high power densities in the wall of the tank and has the advantage of having very little thermal inertia.
Les cuves utilisées habituellement pour cette technique de chauffage présentent, entre autres, des parois à l'extérieur desquelles sont placés des inducteurs. The tanks usually used for this heating technique have, among other things, walls outside of which are placed inductors.
Cette solution qui, à première vue, parait simple présente toutefois des inconvénients car un certain nombre de substances liquides ne peuvent pas supporter de trop fortes densités volumiques de puissance transmises par la paroi de la cuve sous peine d'être détériorées du fait de la très petite valeur du coefficient de transfert thermique entre liquide et paroi. Pour conserver un gradient d'élévation de température important il faut donc accroitre la surface de contact paroi-liquide. This solution which, at first glance, appears simple has drawbacks, however, because a certain number of liquid substances cannot withstand too high power density densities transmitted by the wall of the tank under penalty of being deteriorated due to the very small value of the heat transfer coefficient between liquid and wall. To maintain a significant temperature rise gradient, it is therefore necessary to increase the wall-liquid contact surface.
Différentes solutions ont été proposées. Different solutions have been proposed.
Lorsqu'on procède d'une manière discontinue par lots, on implante des éléments chauffants dans le liquide que contient la cuve. Ces éléments chauffants sont soit des électrodes à chauffage électrique soit de simples serpentins traversés par un fluide caloporteur.When batchwise, batching heating elements into the liquid in the tank. These heating elements are either electrically heated electrodes or simple coils through which a heat transfer fluid passes.
Lorsqu'on procède en continu sur le liquide à traiter, on fait circuler ce liquide dans un tube chauffant, rectiligne ou sinueux, qui est chauffé, par exemple, par conduction électrique, par des cordons chauffants électriques ou par des fluides caloporteurs dans lesquels il est immergé. When proceeding continuously on the liquid to be treated, this liquid is circulated in a heating tube, straight or sinuous, which is heated, for example, by electrical conduction, by electrical heating cords or by heat transfer fluids in which it is submerged.
Cette technique, si elle permet de résoudre le problème résulta-nt de la petite valeur du coefficient de transfert thermique entre liquide et paroi, présente des inconvénients qui sont particulièrement gênants. This technique, if it solves the problem resulting from the small value of the heat transfer coefficient between liquid and wall, has drawbacks which are particularly troublesome.
Lorsqu'on procède d'une manière discontinue, les électrodes ou les serpentins immergés dans le liquide que contient la cuve sont déteriorés par corrosion ou bien par figeas du liquide sur les électro des ou dans les serpentins ; c c'est par exemple le cas s'il y a cristallisation lors d'une réaction chimique. When proceeding in a discontinuous manner, the electrodes or the coils immersed in the liquid that the tank contains are deteriorated by corrosion or else by the liquid freezing on the electrodes or in the coils; c this is for example the case if there is crystallization during a chemical reaction.
Le nettoyage des électrodes et serpentins est particulièrement délicat. En outre leur existence nuit à l'étanchéité de la cuve ce qui est particulièrement gênant lorsqu'on opère sous pression. Cleaning the electrodes and coils is particularly delicate. In addition their existence harms the tightness of the tank which is particularly troublesome when operating under pressure.
Lorsqu on procède en continu il est particulièrement délicat de nettoyer l'intérieur d'un tube et tout spécialement de le débarrasser d'un liquide qui y est figé ou cristallisé. En outre, dans ce cas il est difficile d'assurer à la fois le chauffage du tube pour obtenir la température recherchée et d assu- rer aussi son refroidissement dans le cas où le tube est le siège d'une réaction exothermique. When proceeding continuously it is particularly delicate to clean the inside of a tube and especially to rid it of a liquid which is frozen or crystallized there. In addition, in this case it is difficult to ensure both the heating of the tube to obtain the desired temperature and also to ensure its cooling in the case where the tube is the seat of an exothermic reaction.
L'invention vise à remédier à la plupart de ces inconvénients. The invention aims to remedy most of these drawbacks.
L'invention a pour objet une cuve pour le chauffage d'un liquide par induction. Cette cuve est remarquable en ce qu'elle comprend un corps extérieur et un corps intérieur qui sont disposés pratiquement coaxialement l'un par rapport à l'autre de manière que le corps intérieur soit placé dans le corps extérieur qui l'enveloppe et qui sont agencés pour délimiter une enceinte destinée à recevoir entre les corps du liquide à chauffer et dont au moins le corps extérieur est fait en un matériau conducteur de l'électricité et amagnétique, et aussi un dispositif de chauffage constitué notamment d un noyau magnétique associé au corps intérieur et d'un bobinage inducteur entourant le corps extérieur. The invention relates to a tank for heating a liquid by induction. This tank is remarkable in that it comprises an outer body and an inner body which are arranged practically coaxially with respect to each other so that the inner body is placed in the outer body which envelops it and which are arranged to delimit an enclosure intended to receive between the bodies of the liquid to be heated and of which at least the external body is made of an electrically conductive and non-magnetic material, and also a heating device consisting in particular of a magnetic core associated with the body inside and an inductor winding surrounding the outside body.
D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la lecture de la description et des revendications qui suivent et de l'examen du dessin annexé, donné seulement à titre d'exemple, où
- la Fig.1 est une vue partiellement en coupe méridienne d'un mode de réalisation de l in- vention;
- la Fig.2 est une variante d'exécution du mode de réalisation de la Fig.1;
- la Fig.3 est une vue d'un autre mode de réalisation;
- la Fig.4 est une vue d'un autre mode de réalisation
- la Fig.5 est une vue d'une variante d'exécution ; et
- la Fig.6 est une vue d'un autre mode de réalisation.Other characteristics of the invention will emerge from reading the description and the claims which follow and from examining the appended drawing, given only by way of example, where
- Fig.1 is a view partially in meridian section of an embodiment of the invention;
- Fig.2 is an alternative embodiment of the embodiment of Fig.1;
- Fig.3 is a view of another embodiment;
- Fig.4 is a view of another embodiment
- Fig.5 is a view of an alternative embodiment; and
- Fig.6 is a view of another embodiment.
Les techniques de chauffage par induction et les cuves destinées à leur mise en oeuvre étant bien connues, on ne décrira dans la description que ce qui concerne l'invention. Pour le surplus, le spécialiste de la technique considérée puisera dans les solutions courantes à sa disposition pour faire face aux problèmes particuliers auxquels il est confronté. As the induction heating techniques and the tanks intended for their use are well known, only the description of the invention will be described in the description. For the rest, the specialist in the technique considered will draw on the current solutions at his disposal to deal with the particular problems with which he is confronted.
Dans la suite de la description, on utilisera toujours un meme numéro de référence pour désigner des composants homologues, quel que soit le mode de réalisation. In the following description, the same reference number will always be used to designate homologous components, whatever the embodiment.
Comme on le voit, en particulier sur la Fig. 1 , une cuve 10 suivant l invention comprend un corps extérieur 20 et un corps intérieur 30. Le corps extérieur 20 présente une paroi latérale 21 et un socle central 22. Le corps intérieur 30 comprend une paroi latérale 31 et une embase centrale 32. Le corps extérieur 20 et le corps intérieur 30 de la cuve 10 délimitent, entre eux, une enceinte 11 destinée à recevoir la substance liquide à traiter. As can be seen, in particular in FIG. 1, a tank 10 according to the invention comprises an outer body 20 and an inner body 30. The outer body 20 has a side wall 21 and a central base 22. The inner body 30 comprises a side wall 31 and a central base 32. The outer body 20 and the inner body 30 of the tank 10 define, between them, an enclosure 11 intended to receive the liquid substance to be treated.
De préférence, ces deux corps présentent un axe de symétrie de révolution 12 ; par exemple ils sont coaxiaux et disposés l'un dans l'autre selon l'axe 12 comme illustré. Preferably, these two bodies have an axis of symmetry of revolution 12; for example they are coaxial and arranged one inside the other along the axis 12 as illustrated.
Si nécessaire la cuve est recouverte d'un couvercle 14. Ce couvercle est placé sur la cuve de toute manière convenable, au besoin avec interposition d'un joint d'étanchéité, et est maintenu en place, s'il y a lieu, à l'aide de moyens de fixation comme il est classique. Ce joint d'étanchéité et ces moyens de fixation de tout type connu ne sont pas représentés. If necessary, the tank is covered with a cover 14. This cover is placed on the tank in any suitable manner, if necessary with the interposition of a seal, and is held in place, if necessary, at using fixing means as is conventional. This seal and these fixing means of any known type are not shown.
Le dispositif de chauffage par induction 50 de la cuve selon l'invention comprend un noyau magnétique 53, s'il y a lieu une culasse 52 et un bobinage 51 entourant le corps extérieur 20. La culasse magnétique 52 n'est pas indispensable, mais elle permet d'avoir un meilleur rendement, lorsqu'une culasse magnétique est utilisée le bobinage est disposé entre culasse et corps extérieur, comme illustré sur les figures du dessin. The induction heating device 50 of the tank according to the invention comprises a magnetic core 53, if necessary a cylinder head 52 and a coil 51 surrounding the external body 20. The magnetic cylinder head 52 is not essential, but it allows to have a better output, when a magnetic yoke is used the winding is arranged between yoke and external body, as illustrated in the figures of the drawing.
Comme on le voit sur la Fig,1, ou est illustré un premier mode réalisation, la paroi latérale 21 du corps extérieur 20 et la paroi latérale 31 du corps intérieur 30 sont réunies dans le prolongement des socle 22 et embase 32 respectifs pour former un fond annulaire 23. As can be seen in FIG. 1, where a first embodiment is illustrated, the side wall 21 of the outer body 20 and the side wall 31 of the inner body 30 are joined in the extension of the respective base 22 and base 32 to form a ring bottom 23.
En se reportant à la Fig.2, on voit que le corps intérieur 30 présente une embase centrale 32 qui obture sa partie inférieure et qui se prolonge vers le socle 22 dont elles est coplanétaire pour former un fond discoide 23. Referring to FIG. 2, it can be seen that the internal body 30 has a central base 32 which closes off its lower part and which extends towards the base 22 of which they are co-planetary to form a discoid bottom 23.
Dans le mode de réalisation de la Fig.3, le corps intérieur 30 est à double paroi latérale 31a, 31b et ses composants sont coaxiaux. In the embodiment of Fig.3, the inner body 30 is double side wall 31a, 31b and its components are coaxial.
Dans tous les modes de réalisation qui précèdent, les corps extérieur 20 et intérieur 30 sont tous deux en matériau conducteur de liélectricite et non magnétique. In all of the above embodiments, the outer 20 and inner 30 bodies are both made of electrically conductive material and not magnetic.
Dans le mode de réalisation de la Fig.4, on a fait en sorte que le corps intérieur 30 et le noyau 53 soient réunis en un seul constituant et dans ce cas le corps intérieur est fait en un matériau magnétique conducteur de l électricité alors que le matériau dont est fait le corps extérieur est conducteur de ltélec- tricité et amagnétique. In the embodiment of FIG. 4, it has been arranged that the inner body 30 and the core 53 are united in a single component and in this case the inner body is made of an electrically conductive magnetic material while the material from which the outer body is made is electrically conductive and non-magnetic.
Dans le mode de réalisation dessiné sur la
Fig.5, on voit que le socle 22 du corps extérieur 20 et l embase 32 du corps intérieur 30 sont maintenus à distance l'un de 1 autre par des entretoises 13.In the embodiment drawn on the
Fig. 5, it can be seen that the base 22 of the external body 20 and the base 32 of the internal body 30 are kept at a distance from one another by spacers 13.
Dans le mode de réalisation illustré sur la
Fig.6, le corps intérieur 30 sert aussi de pale pour un malaxeur ou agitateur comme dessiné schématiquement: pour ce faire il est réalisé en un matériau magnétique conducteur de l'électricité.In the embodiment illustrated in the
Fig.6, the inner body 30 also serves as a blade for a mixer or agitator as schematically drawn: to do this it is made of a magnetic material conductive of electricity.
Dans tous les modes de réalisation, les matériaux dont sont faits les corps est conducteur de l'électricité et celui qui constitue le corps extérieur est obligatoirement toujours non magnétique. On utilise par exemple un alliage d'acier inoxydable. In all the embodiments, the materials from which the bodies are made is electrically conductive and that which constitutes the external body is necessarily always non-magnetic. For example, a stainless steel alloy is used.
Selon les besoins, on choisit le rapport des valeurs du diamètre du corps extérieur et de celui du corps intérieur ainsi que celui du noyau magnétique de préférence fait en cuivre lui, pour moduler le rapport densité de puissance paroi extérieure / densité de puissance paroi intérieure afin de satisfaire aux conditions auxquelles le liquide à chauffer doit etre soumis. Depending on the needs, the ratio of the values of the diameter of the outer body and that of the inner body as well as that of the magnetic core, preferably made of copper, is chosen to modulate the ratio of power density of outer wall / power density of inner wall so to meet the conditions to which the liquid to be heated must be subjected.
On peut de meme faire en sorte que les densités de puissance soient les memes pour le corps extérieur et le corps intérieur. We can also make sure that the power densities are the same for the external body and the internal body.
Le fait de disposer le noyau 53 à l'intérieur du corps intérieur 30 permet de moduler facilement les rapports de densité de puissance. On peut, toutefois, ne pas sans servir comme c'est par exemple le cas du mode de réalisation illustré sur la Fig.4. Having the core 53 inside the internal body 30 makes it possible to easily modulate the power density ratios. One can, however, not without serving as is for example the case of the embodiment illustrated in Fig.4.
Dans le cas de cette figure, le noyau magnétique est remplacé par une virole en acier magnétique qui joue aussi le role de corps intérieur. Le choix judicieux des diamètres du corps extérieur et de la virole intérieure, associé au choix de leurs épaisseurs respectives permet, dans une certaine mesure, d ajuster le rapport de densité de puissance entre le corps extérieur amagnétique et le corps intérieur magnétique.In the case of this figure, the magnetic core is replaced by a magnetic steel ferrule which also plays the role of internal body. The judicious choice of the diameters of the external body and of the internal shell, associated with the choice of their respective thicknesses allows, to a certain extent, to adjust the power density ratio between the non-magnetic external body and the magnetic internal body.
Dans les cas ou il est nécessaire d'augmenter les surfaces de contact, on utilise un mode de réalisation du type de celui illustré sur la Fig.3 où le corps intérieur est à parois multiples mais il est clair que l'on n'est pas obligé de se limiter à un corps ' intérieur double et que ce dernier peut etre triple, quadruple, etc... Dans tous les cas ce corps intérieur est alors fait en un matériau amagnétique conducteur de l'électricité. In cases where it is necessary to increase the contact surfaces, an embodiment of the type illustrated in FIG. 3 is used where the inner body is multi-walled, but it is clear that no one is not obliged to be limited to a double interior body and that the latter can be triple, quadruple, etc ... In all cases this interior body is then made of a non-magnetic material conductive of electricity.
Dans le mode de réalisation illustré sur la
Fig.6, on fait en sorte que le corps intérieur est utilisé comme un noyau et sert aussi de pale pour un malaxeur ou un agitateur. Pour ce faire on construit le corps extérieur en métal amagnétique et le corps intérieur en acier magnétique. Un tel mode de réalisation offre la possibilité de chauffer la pale elle-meme. In the embodiment illustrated in the
Fig. 6, we make sure that the inner body is used as a core and also serves as a blade for a mixer or agitator. To do this, we build the outer body in non-magnetic metal and the inner body in magnetic steel. Such an embodiment offers the possibility of heating the blade itself.
On ne s'étendra pas plus amplement sur le dispositif du chauffage par induction 50 et son alimentation électrique en courant alternatif ; ceci est classique en soi. On peut opérer en relativement haute fréquence ou bien aussi en basse fréquence, et ceci est meme préférable pour que la puissance, se développe sur la paroi interne 31 de la cuve,
On voit tout l'intérêt que présente l'invention du fait de son extreme simplicité qui permet en particulier d'opérer avec des cuves sous pression puisqu'aucun composant ne traverse la cuve ou son couvercle hormis la réalisation de la Fig.6; ceci permet de résoudre ainsi, en les évitant, tous les problèmes qui sont habituellement liés à la confection de traversées et passages étanches devant résister à des pressions importantes sans risque de fuites.We will not extend further on the induction heating device 50 and its alternating current electrical supply; this is classic in itself. We can operate at relatively high frequency or also at low frequency, and this is even preferable for the power to develop on the internal wall 31 of the tank,
We can see all the interest presented by the invention because of its extreme simplicity which allows in particular to operate with pressure vessels since no component passes through the vessel or its cover apart from the embodiment of FIG. 6; this makes it possible to thus solve, by avoiding them, all the problems which are usually linked to the making of tight crossings and passages having to withstand significant pressures without risk of leaks.
On observe aussi qu'en adaptant convenablement les diamètres relatifs des corps intérieur et extérieur de même que les épaisseurs de leurs parois, on peut obtenir toutes les densités volumiques de puissance recherchées convenables en fonction du coefficient de transfert thermique paroi / liquide. It is also observed that by suitably adapting the relative diameters of the interior and exterior bodies as well as the thicknesses of their walls, it is possible to obtain all the desired power density densities suitable as a function of the wall / liquid heat transfer coefficient.
Le spécialiste du secteur considéré est à même d'adapter ces paramètres en fonction des paroi blémes particuliers qu'il a à résoudre. The specialist in the sector in question is able to adapt these parameters according to the particular wheat wall he has to solve.
Claims (11)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| FR8801594A FR2627048B1 (en) | 1988-02-10 | 1988-02-10 | TANK FOR HEATING LIQUID BY INDUCTION |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| FR8801594A FR2627048B1 (en) | 1988-02-10 | 1988-02-10 | TANK FOR HEATING LIQUID BY INDUCTION |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2627048A1 true FR2627048A1 (en) | 1989-08-11 |
| FR2627048B1 FR2627048B1 (en) | 1994-05-06 |
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ID=9363157
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| FR (1) | FR2627048B1 (en) |
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