FR2689227A1 - Device for thermal regulation of a circulating fluid. - Google Patents
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Abstract
Description
DISPOSITIF DE REGULATION THERMIQUE D'UN FLUIDE
La présente invention a pour objet un dispositif de régulation thermique d'un fluide en circulation utilisé notamment pour régulariser la température d'outillages ou de réacteurs.DEVICE FOR THERMAL REGULATION OF A FLUID
The present invention relates to a device for thermal regulation of a circulating fluid used in particular to regulate the temperature of tools or reactors.
De tels dispositifs destinés à réguler la température d'un outillage de moulage de matières plastiques au moyen d'un fluide caloporteur circulant sous l'action d'une pompe existent déjà. Dans ces dispositifs la température du fluide peut être augmentée au moyen de résistances électriques chauffantes ou diminuée au moyen d'un second fluide froid passant dans un échangeur, l'ensemble pouvant être commandé au moyen d'un régulateur électronique relié à un ou plusieurs thermocouples judicieusement disposés sur le parcours du fluide caloporteur et par divers dispositifs de sécurité. Such devices intended to regulate the temperature of a tool for molding plastic materials by means of a heat transfer fluid circulating under the action of a pump already exist. In these devices the temperature of the fluid can be increased by means of electric heating resistances or decreased by means of a second cold fluid passing through an exchanger, the assembly being able to be controlled by means of an electronic regulator connected to one or more thermocouples judiciously arranged on the path of the heat transfer fluid and by various safety devices.
En général, ces dispositifs comportent un réchauffeur refroidisseur du fluide caloporteur formé par un réservoir à l'intérieur duquel est disposée une résistance électrique de chauffage et un circuit de fluide de refroidissement constitué d'un serpentin, les résistances électriques étant bien entendu disposées à l'intérieur d'un tube blindé. In general, these devices comprise a cooler heater for the heat transfer fluid formed by a reservoir inside which is disposed an electrical heating resistor and a cooling fluid circuit consisting of a coil, the electrical resistors of course being arranged at the inside an armored tube.
Pour obtenir le refroidissement du fluide caloporteur d'autres dispositifs de régulation comportent un échangeur à plaques. Dans ces échangeurs bien connus, constitués d'un empilement de plaques le fluide à refroidir et le fluide froid circulent dans deux circuits différents sans contact l'un avec l'autre, de part et d'autre de chaque plaque. Les dispositifs de régulation comportant de tels échangeurs à plaques sont encombrants car les résistances de chauffage doivent se trouver bien évidemment en dehors et assez écartées des dits échangeurs d'où un volume important de l'ensemble et la nécessité d'avoir une grande quantité de fluide caloporteur en circulation. To obtain the cooling of the heat transfer fluid, other regulating devices include a plate exchanger. In these well-known exchangers, consisting of a stack of plates, the fluid to be cooled and the cold fluid circulate in two different circuits without contact with each other, on either side of each plate. The regulating devices comprising such plate exchangers are bulky because the heating resistors must obviously be outside and quite distant from the said exchangers, hence a large volume of the assembly and the need to have a large amount of circulating heat transfer fluid.
La présente invention a pour objet de remédier à ces divers inconvénients par la réalisation d'un dispositif permettant de régulariser la température d'un fluide au moyen d'un échangeur thermique à plaques dans lequel a été insérée une résistance électrique. Le fluide à réguler qui circule dans une partie de l'échangeur peut être chauffé par la mise sous tension de la résistance, ou refroidi par la circulation d'un fluide réfrigérant dans la deuxième partie de l'échangeur. The object of the present invention is to remedy these various drawbacks by producing a device making it possible to regulate the temperature of a fluid by means of a plate heat exchanger into which an electrical resistance has been inserted. The fluid to be regulated which circulates in a part of the exchanger can be heated by energizing the resistor, or cooled by the circulation of a refrigerant fluid in the second part of the exchanger.
Le fluide régulé peut être notamment un circuit de liquide caloporteur mis en circulation par une pompe et servant à réguler la température d'outillages ou de réacteurs.The regulated fluid may in particular be a circuit of heat transfer liquid circulated by a pump and serving to regulate the temperature of tools or reactors.
Ce type de régulateur est très compact tout en ayant une grande surface d'échange thermique et nécessite un petit volume de fluide caloporteur. Le dispositif de régulation thermique selon l'invention est caractérisé en ce que le dispositif de chauffage du fluide caloporteur est disposé à l'intérieur d'un échangeur à plaques servant au refroidissement éventuel du dit fluide caloporteur, permettant ainsi la réalisation d'un dispositif de régulation de température très compact tout en ayant une grande surface d'échange thermique et ne nécessitant qu'un petit volume de fluide caloporteur généralement de l'eau. Ce dispositif selon Invention a en outre l'avantage d'avoir un temps de réponse très court le fluide étant rapidement porté à la température désirée. This type of regulator is very compact while having a large heat exchange surface and requires a small volume of heat transfer fluid. The thermal regulation device according to the invention is characterized in that the device for heating the heat transfer fluid is arranged inside a plate exchanger serving for the optional cooling of said heat transfer fluid, thus allowing the production of a device very compact temperature control while having a large heat exchange surface and requiring only a small volume of heat transfer fluid generally water. This device according to the invention also has the advantage of having a very short response time, the fluid being quickly brought to the desired temperature.
Le dispositif de régulation selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte un échangeur à plaques à l'intérieur duquel sont disposées des plaques spéciales comportant des résistances électriques. The regulating device according to the invention is characterized in that it comprises a plate exchanger inside which are arranged special plates comprising electrical resistances.
Ces plaques que l'on appellera dans la suite "plaques chauffantes, sont constituées d'une ou plusieurs résistances disposées entre deux plaques réfractaires. Les dimensions des plaques chauffantes sont identiques à celles des plaques d'origine de l'échangeur. Le dispositif est remarquable en ce que les dites résistances sont intercalées entre les plaques de l'échangeur, la zone active des résistances étant fermée pour former une alvéole, au moyen de joints assurant l'étanchéité, de manière que le fluide caloporteur ne puisse venir au contact des résistances électriques. Une telle réalisation permet au dispositif de régulation de température selon l'invention de fonctionner en régime turbulent d'où l'obtention d'un excellent rendement thermique. Le dispositif selon l'invention permet de réguler la température d'un moule ou d'un réacteur, par exemple, de 5" à 250" C.These plates, which will hereinafter be called "heating plates, consist of one or more resistors arranged between two refractory plates. The dimensions of the heating plates are identical to those of the original plates of the exchanger. The device is remarkable in that the said resistors are interposed between the plates of the exchanger, the active zone of the resistors being closed to form a cell, by means of seals ensuring sealing, so that the heat transfer fluid cannot come into contact with the electric resistances. Such an embodiment allows the temperature regulation device according to the invention to operate in turbulent regime, hence obtaining an excellent thermal efficiency. The device according to the invention allows to regulate the temperature of a mold. or a reactor, for example, from 5 "to 250" C.
Selon la régulation et le débit envisagés on réalise un échangeur comportant un empilement de plaques plus ou moins grand entre lesquelles sont intercalées un nombre plus ou moins grand de plaques chauffantes. Depending on the regulation and the flow rate envisaged, an exchanger is produced comprising a stack of more or less large plates between which a greater or less number of heating plates are interposed.
Le dispositif selon Invention est aussi caractérisé en ce que les résistances disposées entre les plaques de l'échangeur reposent sur une face ondulée et en ce que la zone active formant alvéole pour chaque
résistances peut être rempli avec un ciment réfractaire ou produit
analogue bon conducteur de la chaleur.The device according to the invention is also characterized in that the resistors arranged between the plates of the exchanger rest on a corrugated face and in that the active zone forming a cell for each
resistors can be filled with refractory cement or product
analog good conductor of heat.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description
qui suit d'une de ses réalisations préférées et à l'examen des dessins
annexés sur lesquels:
- La figure i est une vue schématique du dispositif de régulation
selon l'invention.The invention will be better understood on reading the description
following one of his favorite achievements and examining the drawings
annexed on which:
- Figure i is a schematic view of the regulation device
according to the invention.
- La figure 2 est une vue schématique partielle montrant
rintégration d'une plaque chauffante entre les plaques d'un échangeur
selon l'invention.- Figure 2 is a partial schematic view showing
reintegration of a heating plate between the plates of an exchanger
according to the invention.
- La figure 3 est une vue en plan d'une plaque d'échangeur avec
plaque chauffante selon la ligne III -III de la figure 2.- Figure 3 is a plan view of an exchanger plate with
hot plate according to line III -III of Figure 2.
- La figure 4 est un schéma d'un dispositif de régulation de la
température selon l'invention.- Figure 4 is a diagram of a device for regulating the
temperature according to the invention.
En se reportant à la figure 1 qui est un schéma de principe d'un
élément de base destiné à constituer le dispositif de régulation de
température selon l'invention on voit qu'il est constitué par un
empilement i de plaques nervurées 2 d'un type connu. Entre les
plaques 2a passe un fluide de refroidissement FR et entre les plaques 2b et 2a
passe le fluide caloporteur FC. Entre les plaques 2b est intercalée une plaque
chauffante 7comportant une résistance électrique de chauffage 3,
disposée entre des plaques 4 de matériaux réfractaires. Dans un
empilement de plaques 2 on peut, par exemple, disposer trois plaques chauffantes7 connectées à une source triphasée ou les monter en
parallèle. En agissant soit sur le débit du fluide de refroidissement, soit
sur la résistance chauffante on obtient la température désirée du fluide
caloporteur. Sur la figure 2 on a représenté schématiquement une partie
de l'empilement de plaques 2 formant l'échangeur du dispositif selon
l'invention.Referring to Figure 1 which is a block diagram of a
basic element intended to constitute the device for regulating
temperature according to the invention we see that it is constituted by a
stack i of ribbed plates 2 of a known type. Between the
plates 2a passes a coolant FR and between plates 2b and 2a
passes the FC heat transfer fluid. Between the plates 2b is interposed a plate
heater 7 having an electrical heating resistance 3,
disposed between plates 4 of refractory materials. In one
stack of plates 2 you can, for example, have three hot plates 7 connected to a three-phase source or mount them in
parallel. By acting either on the coolant flow or
on the heating resistance the desired temperature of the fluid is obtained
coolant. In Figure 2 there is shown schematically a part
of the stack of plates 2 forming the exchanger of the device according to
the invention.
Cet échangeur est formé par l'empilement d'un certain nombre de
plaques 2 présentant de manière connue des volutes, ou ondulations lo
pour forcer le fluide en circulation à des turbulences; ces plaques 2 sont
munies d'orifices 5 à chaque extrémité pour permettre l'entrée et la
sortie dans leur cavité respective du fluide caloporteur et du fluide de
refroidissement. Entre ces plaques 2 et sur leur pourtour sont disposés
des joints 6, de type connu, qui ont pour but d'assurer l'étanchéité entre
chaque plaque 2 et également autour des orifices 5 d'arrivée et de sortie
des fluides des dites plaques empilées. Afin que les fluides puissent circuler entre deux plaques 2 le joint 6 est sectionné autour de l'orifice 5 une fois sur deux. Selon l'invention, entre les plaques 2 est disposée une plaque chauffante 7 qui peut être un empilement de plaques avec une résistance 3 à l'intérieur, l'ensemble des résistances étant relié à une source électrique. Afin d'assurer une étanchéité parfaite un joint 8 de section circulaire est disposé autour de l'orifice 5 où circule le fluide.This exchanger is formed by the stacking of a certain number of
plates 2 presenting in known manner scrolls, or undulations lo
to force the circulating fluid to turbulence; these 2 plates are
provided with orifices 5 at each end to allow entry and
outlet in their respective cavity of the heat transfer fluid and the
cooling. Between these plates 2 and on their periphery are arranged
seals 6, of known type, which aim to ensure the seal between
each plate 2 and also around the inlet and outlet orifices 5
fluids of said stacked plates. So that the fluids can circulate between two plates 2, the seal 6 is cut around the orifice 5 every other time. According to the invention, between the plates 2 is disposed a heating plate 7 which can be a stack of plates with a resistor 3 inside, all of the resistors being connected to an electrical source. In order to ensure perfect sealing, a seal 8 of circular section is placed around the orifice 5 where the fluid circulates.
Ce joint 8 peut avoir une section quelconque mais son épaisseur doit être plus grande que l'épaisseur de la plaque chauffante 7 additionnée de la distance séparant deux plaques 2 afin qu'au montage il soit écrasé et assure ainsi une étanchéité parfaite. Il doit aussi être en matière résistant à la température maximum réalisée.This seal 8 can have any cross section but its thickness must be greater than the thickness of the heating plate 7 plus the distance separating two plates 2 so that during assembly it is crushed and thus ensures perfect sealing. It must also be made of material resistant to the maximum temperature achieved.
Les alvéoles 10 formées au dessus et en dessous de la plaque chauffante 7 peuvent être remplies avec un ciment réfractaire ou matériau analogue bon conducteur de la chaleur. Au dessous et en dessous de l'empilement des plaques de l'échangeur sont disposées deux plaques isolantes. The cells 10 formed above and below the heating plate 7 can be filled with a refractory cement or similar material which is a good conductor of heat. Below and below the stack of the exchanger plates are arranged two insulating plates.
Sur la figure 3 on a représenté une vue en plan des plaques 2 selon la ligne E-III de la figure 2 montrant les orifices 5a de passage du fluide caloporteur et ceux 5b du fluide de refroidissement ainsi que Femplacement des joints d'étanchéité 8 et 6, et de la résistance 3. In FIG. 3 is shown a plan view of the plates 2 along the line E-III of FIG. 2 showing the orifices 5a for the passage of the coolant and those 5b for the coolant as well as the location of the seals 8 and 6, and resistance 3.
La zone hachurée représente l'emplacement de la résistance chauffante 3. Comme on peut le voir la partie active des plaques chauffantes 7 se trouve en deça du joint 6. The hatched area represents the location of the heating resistance 3. As can be seen, the active part of the heating plates 7 is located below the joint 6.
La figure 4 est un schéma du dispositif de régulation de température selon l'invention comme on peut le voir sur cette figure le dispositif selon l'invention est très simple. I1 comporte un échangeur à plaques 1 avec sa ou ses résistances électriques de chauffage 3, traversé, d'une part, par un circuit de fluide caloporteur i1 en circulation forcée au moyen d'une pompe 12 jusqu'à l'outillage ou réacteur à réguler, non représenté, et d'autre part, par un circuit d'eau froide 13. Figure 4 is a diagram of the temperature control device according to the invention as can be seen in this figure the device according to the invention is very simple. I1 comprises a plate exchanger 1 with its electrical heating resistance (s) 3, traversed, on the one hand, by a heat transfer fluid circuit i1 in forced circulation by means of a pump 12 to the tooling or reactor regulate, not shown, and on the other hand, by a cold water circuit 13.
Deux électrovannes 14 et 15 sont prévues pour isoler le fluide caloporteur et limiter les fuites dans le circuit fermé il qui va vers le moule ou le réacteur. Two solenoid valves 14 and 15 are provided to isolate the heat transfer fluid and limit leaks in the closed circuit which goes to the mold or the reactor.
Bien entendu sur le dispositif selon Invention est prévu également une prise de température permanente dans l'échangeur liée à un système de régulation de type connu qui permet une lecture continue de la température du fluide caloporteur à l'intérieur de l'échangeur et sa limitation à une température maximale. Ce dispositif peut assurer, le cas échéant, la régulation de la température si le moule ou le réacteur ne comporte pas de sonde de température. Of course, on the device according to the invention, there is also provided a permanent temperature measurement in the exchanger linked to a regulation system of known type which allows a continuous reading of the temperature of the heat transfer fluid inside the exchanger and its limitation. at a maximum temperature. This device can, if necessary, regulate the temperature if the mold or the reactor does not include a temperature probe.
Bien entendu le dispositif selon la présente invention peut être utilisé non seulement pour la régulation de la température des moules, mais également des cylindres et vis d'extrusion, des réacteurs utilisés dans l'industrie chimique et en complément pour les pompes à chaleur, le chauffage solaire ou géothermique. Of course, the device according to the present invention can be used not only for regulating the temperature of the molds, but also of the cylinders and extrusion screws, reactors used in the chemical industry and in addition for heat pumps, the solar or geothermal heating.
En outre, si l'on considère l'utilisation du circuit FC seul, en éliminant le circuit FR, l'ensemble restant devient un système simple permettant de chauffer un liquide en circulation par exemple chaudière électrique ou chauffe eau. In addition, if we consider the use of the FC circuit alone, by eliminating the FR circuit, the remaining assembly becomes a simple system for heating a circulating liquid, for example an electric boiler or a water heater.
En outre, il est d'un prix de revient très bas; facilement démontable, les divers éléments le constituant pouvant être rapidement remplacés ou modifiés. In addition, it is very low cost; easily removable, the various elements constituting it can be quickly replaced or modified.
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