FR2666474A1 - DEVICE FOR HEATING FLUIDS BY JOUL EFFECT. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif de chauffage d'un fluide comportant un tuyau (1) dans lequel ce fluide circule. Ce tuyau (1) comporte au moins une portion rectiligne (1a) électriquement conductrice traversée par un courant électrique provoquant son échauffement par effet Joule et par suite l'échauffement du fluide. Ce dispositif comporte des brides d'alimentation (4) se fixant de façon réglable le long de cette portion rectiligne (la) de manière à pouvoir faire varier, pour une puissance d'alimentation donnée, la puissance spécifique dissipée par le tuyau (1) en fonction de la distance séparant ces brides d'alimentation (4).The invention relates to a device for heating a fluid comprising a pipe (1) in which the fluid circulates. This pipe (1) comprises at least one rectilinear electrically conductive portion (1a) traversed by an electric current causing it to heat up by the Joule effect and therefore to heat up the fluid. This device comprises supply flanges (4) which can be fixed in an adjustable manner along this rectilinear portion (la) so as to be able to vary, for a given supply power, the specific power dissipated by the pipe (1). depending on the distance separating these supply flanges (4).
Description
1 -1 -
DISPOSITIF POUR LE CHAUFFAGE DE FLUIDES DEVICE FOR HEATING FLUIDS
PAR EFFET JOULEBY JOULE EFFECT
La présente invention se rapporte au chauffage de fluides par effet Joule et concerne plus particulièrement un dispositif pour le chauffage d'un fluide circulant dans The present invention relates to the heating of fluids by the Joule effect and relates more particularly to a device for heating a fluid circulating in
un tube chauffé par effet Joule.a tube heated by the Joule effect.
Dans ces dispositifs de chauffage, c'est un courant électrique circulant dans le tube qui l'échauffe par effet In these heating devices, it is an electric current circulating in the tube which heats it by effect
Joule, et le tube chauffe le fluide, généralement un li- Joule, and the tube heats the fluid, usually a li-
quide ou un fluide pâteux qui y circule, par conduction quide or a pasty fluid which circulates there, by conduction
et/ou rayonnement.and / or radiation.
Un tel dispositif comprend un ensemble de tubes en un Such a device comprises a set of tubes in one
matériau thermiquement conducteur et de résistivité élec- thermally conductive material with electrical resistivity
trique déterminée, conformés en hélice, serpentin, ou com- specific stick, helically shaped, serpentine, or com-
prenant des parties rectilignes reliées par des coudes. taking straight parts connected by elbows.
Pour obtenir un chauffage homogène du fluide, il est désavantageux d'utiliser l'effet Joule dans la portion coudée du tube, car à cet emplacement son épaisseur n'est To obtain a uniform heating of the fluid, it is disadvantageous to use the Joule effect in the bent portion of the tube, because at this location its thickness is
pas constante et les courants électriques ne se répar- not constant and the electric currents do not repair
tissent pas uniformémentdans la section du tube provoquant un échauffement non homogène du tube et donc du fluide qui do not weave uniformly in the section of the tube causing an inhomogeneous heating of the tube and therefore of the fluid which
y circule.circulates there.
Pour pallier à cet inconvénient, le document FR-Ai- To overcome this drawback, the document FR-Ai-
2632475 propose de court-circuiter les parties incurvées du tube pour ne faire passer le courant de chauffage que 2632475 proposes to short-circuit the curved parts of the tube so as to pass the heating current only
dans ses portions rectilignes.in its straight portions.
Tous ces dispositifs présentent toutefois l'inconvé- All of these devices, however, have the drawback
nient de nécessiter des alimentations en courant élec- negate the need for electrical power supplies
2 - trique à régulation compliquée et agissant sur une grande plage de valeurs de courant, puisque c'est ce seul para- mètre qui permet de régler la quantité d'énergie délivrée au fluide.5 La présente invention a pour objet un dispositif de chauffage d'un fluide circulant dans une partie rectiligne 2 - plate with complicated regulation and acting on a large range of current values, since it is this only parameter which makes it possible to regulate the quantity of energy delivered to the fluid. The present invention relates to a heating device of a fluid circulating in a rectilinear part
de tube permettant une régulation simple de l'énergie dé- livrée et surtout de modifier pour une énergie transférée donnée la densité d'énergie délivrée par unité de surface10 du tube. of tube allowing a simple regulation of the delivered energy and especially to modify for a given transferred energy the density of energy delivered per unit area10 of the tube.
Ceci est particulièrement nécessaire pour le chauffage de fluides ou liquides thermosensibles tels que les li- This is particularly necessary for the heating of heat-sensitive fluids or liquids such as liquids.
quides et pâtes alimentaires pour le traitement desquels toute surchauffe locale peut entraîner des dégradations quides and pasta for the treatment of which any local overheating can cause degradations
organoleptiques notamment.organoleptics in particular.
Le dispositif de chauffage d'un fluide comportant au moins une portion rectiligne de tube électriquement conducteur à l'intérieur de laquelle le fluide circule et qui est traversée par un courant électrique provoquant son échauffement par effet Joule et par suite l'échauffement du fluide est caractérisé par le fait qu'il comporte des The device for heating a fluid comprising at least one rectilinear portion of electrically conductive tube inside which the fluid circulates and which is crossed by an electric current causing it to heat up by Joule effect and consequently the heating of the fluid is characterized by the fact that it includes
brides d'amenée de courant sur cette portion rectiligne de tuyau déplaçables par rapport à celui-ci de manière à faire varier, pour un courant donné, la densité d'énergie25 dissipée par le tuyau en fonction de la distance séparant ces brides. current supply flanges on this rectilinear portion of the pipe displaceable relative to the latter so as to vary, for a given current, the energy density dissipated by the pipe as a function of the distance separating these flanges.
Le dessin annexé illustre schématiquement et à titre d'exemple une forme d'exécution du dispositif de chauffage The attached drawing illustrates schematically and by way of example an embodiment of the heating device
selon l'invention.according to the invention.
3 - La figure 1 illustre schématiquement et en coupe un tuyau conducteur de l'électricité destiné à véhiculer un 3 - Figure 1 illustrates schematically and in section an electrically conductive pipe intended to convey a
fluide muni de brides d'alimentation alimentées en courant électrique par un transformateur basse tension et un régu- fluid provided with supply flanges supplied with electric current by a low voltage transformer and a regulator
lateur.reader.
Les figures 2 et 3 sont des vues d'une bride d'alimen- Figures 2 and 3 are views of a supply flange
tation. Dans l'exemple illustré schématiquement à titre d'exemple, le dispositif de chauffage comporte un tuyau 1 servant à la circulation du fluide devant être chauffé Ce tuyau est destiné à être relié à son extrémité amont à une alimentation dudit fluide et à son extrémité aval à un circuit d'utilisation ou de stockage de celui-ci. Ce tuyau 1 présente au moins une portion rectiligne tation. In the example illustrated diagrammatically by way of example, the heating device comprises a pipe 1 serving for the circulation of the fluid to be heated This pipe is intended to be connected at its upstream end to a supply of said fluid and at its downstream end to a circuit for its use or storage. This pipe 1 has at least one straight portion
la, trois dans l'exemple illustré, constituée d'un maté- la, three in the example illustrated, consisting of a material
riau conducteur de l'électricité et présentant une résis- riau conductor of electricity and having a resistance
tivité déterminée, aussi homogène que possible. Dans l'exemple illustré la totalité du tuyau 1 est en un matériau conducteur de l'électricité, mais selon une determined activity, as homogeneous as possible. In the example illustrated, the entire pipe 1 is made of an electrically conductive material, but according to a
variante les coudes 2,3 pourraient être réalisés en un ma- tériau isolant de l'électricité. alternatively the bends 2, 3 could be made of an electrically insulating material.
Ce dispositif de chauffage par effet Joule comporte encore, pour chaque partie rectiligne la du tuyau 1, deux brides d'amenée de courant électrique 4 Chaque bride 425 est formée de deux demi-coquilles 4 a,4 b enserrant le tuyau 1 et serrées l'une contre l'autre et contre ledit tuyau 1 à l'aide de vis ou de goujons et écrous 5,6 Ces brides d'alimentation 4 peuvent ainsi être fixées sur le tube en n'importe quel endroit de ses portions rectilignes, ce qui30 permet de faire varier la distance entre deux brides 4- This Joule effect heating device also comprises, for each rectilinear part 1a of the pipe 1, two flanges for supplying electric current 4 Each flange 425 is formed by two half-shells 4 a, 4 b enclosing the pipe 1 and clamped l 'one against the other and against said pipe 1 using screws or studs and nuts 5,6 These supply flanges 4 can thus be fixed on the tube at any point of its rectilinear portions, this which allows you to vary the distance between two flanges 4-
fixées sur une même portion rectiligne et donc la résis- fixed on the same straight portion and therefore the resistance
tance mesurée aux bornes de ces deux brides. tance measured across these two flanges.
Ceci permet pour un courant d'alimentation donné, donc une puissance d'alimentation donnée de faire varier la puissance spécifique, c'est-àdire la puissance par centi- mètre carré de surface d'échange entre le tuyau 1 et le fluide. Ceci est très important, car il est dès lors possible de modifier cette puissanc spécifique sans modifier la This allows for a given supply current, therefore a given supply power, to vary the specific power, that is to say the power per square centimeter of exchange surface between the pipe 1 and the fluid. This is very important, because it is therefore possible to modify this specific power without modifying the
puissance totale du dispositif et donc son courant d'ali- mentation, en fonction des caractéristiques propres du li- total power of the device and therefore its supply current, according to the specific characteristics of the
quide à traiter, et notamment d'éviter ainsi toute sur- chauffe locale du fluide. Dans l'exemple illustré, chacune des trois paires de brides d'alimentation associées aux portions rectilignes de tuyaux est branchée sur une phase d'une alimentation triphasée De plus, les bagues adjacentes de deux paires voisines, situées de part et d'autre d'un coude 2, sont reliées électriquement.20 L'alimentation électrique du dispositif de chauffage se fait à partir du réseau de distribution triphasé, par what to treat, and in particular to avoid any local overheating of the fluid. In the example illustrated, each of the three pairs of supply flanges associated with the straight portions of pipes is connected to a phase of a three-phase supply. In addition, the adjacent rings of two neighboring pairs, located on either side of the pipe. '' a bend 2, are electrically connected. 20 The electrical supply of the heating device is done from the three-phase distribution network, by
exemple par l'intermédiaire d'un transformateur basse ten- example via a low voltage transformer
sion 7 ( 39 Volts) et d'un interrupteur statique 8 à semi- 7 (39 Volts) and a semi-static 8 switch
conducteur tel que des thyristors commandés 9. conductor such as controlled thyristors 9.
La commande de l'interrupteur à semi-conducteur est The semiconductor switch control is
réalisée par un dispositif électronique comportant un ré- produced by an electronic device comprising a
gulateur 10 par exemple du type existant dans le commerce "Thermel- phonix 96 No 11877 " dont la sortie commande la regulator 10 for example of the type existing in the trade "Thermophonix 96 No 11877" whose output controls the
conduction ou l'arrêt du ou des thyristors par l'intermé- conduction or shutdown of the thyristor (s) via
diaire d'un modulateur d'allumage provoquant le changement - d'état du thyristor uniquement aux passages à zéro du diary of an ignition modulator causing the change - state of the thyristor only at zero crossings of the
courant alternatif d'alimentation pour éviter toute sur- tension lors de la commutation. alternating supply current to avoid over-voltage during switching.
Le régulateur 10 est piloté par le signal de sortie d'un détecteur de température 11 plongeant dans le courant The regulator 10 is controlled by the output signal of a temperature detector 11 plunging into the current
du fluide en aval de la partie chauffante du tuyau 1. of the fluid downstream of the heating part of the pipe 1.
L'alimentation du tuyau 1, et donc sa production de chaleur est commandée directement par la température du fluide, de façon très précise à quelques dixièmes de degré The supply of the pipe 1, and therefore its production of heat is controlled directly by the temperature of the fluid, very precisely to a few tenths of a degree
centigrade près.centigrade close.
La puissance électrique délivrée au tuyau 1 est réglée par tout ou rien et peut varier entre O et 100 % suivant le temps de conduction des thyristors Cette manière de faire permet d'obtenir une grande précision de la régulation de la température du fluide, d'éviter toute surchauffe de The electric power delivered to the pipe 1 is regulated by all or nothing and can vary between O and 100% according to the time of conduction of the thyristors This manner of proceeding allows to obtain a great precision of the regulation of the temperature of the fluid, of avoid overheating
celui-ci et d'avoir un temps de réponse très bref. this one and have a very short response time.
Ce mode de régulation statique est décrit par exemple dans le brevet CH-A-649 827 Bien entendu tout autre ali- This static regulation mode is described for example in patent CH-A-649,827 Of course any other
mentation régulée par la température désirée du fluide mentation regulated by the desired temperature of the fluid
transporté peut être envisagée.transported can be considered.
Dans l'exemple illustré, et pour éviter toute sur- In the example illustrated, and to avoid any over-
chauffe dans une phase de démarrage du dispositif de chauffage, le régulateur 10 est commandé également par une heats in a start-up phase of the heating device, the regulator 10 is also controlled by a
sonde 12 mesurant la température de la paroi du tuyau 1. probe 12 measuring the temperature of the wall of the pipe 1.
L'alimentation pourrait bien entendu être monophasée. The supply could of course be single-phase.
La tension est généralement maintenue en-dessous de 100 The voltage is generally kept below 100
volts Le tuyau est de préférence réalisé en acier inoxy- volts The hose is preferably made of stainless steel
dable Avec un tuyau d'un diamètre intérieur de 18 mm et extérieur de 20 mm et une alimentation de 32 KW soit de 513 ampères sur 36,4 volts, on obtient pour une distance de -6- dable With a pipe with an internal diameter of 18 mm and external 20 mm and a power supply of 32 KW or 513 amps on 36.4 volts, we obtain for a distance of -6-
6 mm entre deux brides d'alimentation une puissance spéci- fique de 12, 1 W/cm 2. 6 mm between two supply flanges a specific power of 12.1 W / cm 2.
On peut déterminer la forme optimale de la section du tuyau 1 pour obtenir un échauffement homogène du fluide transporteur; cette section peut être ovoïde, ovale ou It is possible to determine the optimal shape of the section of the pipe 1 in order to obtain a uniform heating of the conveying fluid; this section can be ovoid, oval or
rectangulaire par exemple.rectangular for example.
La surface du tuyau 1 en contact avec le fluide à The surface of the pipe 1 in contact with the fluid to
chauffer peut comporter des fixations, aillettes, spi- heating may include fixings, fins, spi-
rales, etc pour favoriser la conduction de chaleur et la turbulence de l'écoulement toujours dans le but d'amélio- rer la conduction et de réaliser ainsi un chauffage aussi rales, etc to favor the conduction of heat and the turbulence of the flow always in order to improve the conduction and thus to achieve a heating also
homogène que possible du fluide.homogeneous as possible of the fluid.
Pour pouvoir utiliser de forts ampérages, les brides d'alimentation 4 peuvent être munies de plaques de distri- To be able to use high amperages, the supply flanges 4 can be provided with distribution plates.
bution permettant d'augmenter leur surface en contact avec bution to increase their surface in contact with
le tuyau 1.hose 1.
Lorsque le tuyau 1 comporte plusieurs parties recti- lignes (la) chacune de celles-ci est munie d'une paire de When the pipe 1 has several straight parts (la) each of these is provided with a pair of
brides d'alimentation 4 branchées en série ou en parallèle20 sur une alimentation électrique 7. supply flanges 4 connected in series or in parallel20 to an electrical supply 7.
On peut enfin prévoir de disposer le tuyau 1 dans un tube externe isolant ce qui permet de faire circuler le We can finally plan to have the pipe 1 in an outer insulating tube which allows the circulation of the
fluide à chauffer des deux côtés de la paroi du tuyau 1 et de réduire ainsi les pertes de chaleur dissipée. fluid to be heated on both sides of the wall of the pipe 1 and thus reduce losses of dissipated heat.
-7--7-
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