WO1998042925A1 - Cable to protect piping from the effects of frost - Google Patents
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Abstract
Disclosed is a cable intended for use in piping carrying aqueous liquids to guard against frost and its effects. Said cable is comprised of heating electric conductors (20), which are combined with compressible and elastic materials (10) in order to offset the expansion due to the freezing of the liquid. The compressible heating cable is inserted into the piping to be protected.
Description
Câble de protection des canalisations contre les effets du gel.Cable to protect pipes against the effects of frost.
La présente invention a pour objet de prévenir la rupture de canalisations en cas de gel du liquide intérieur.The object of the present invention is to prevent the rupture of pipes in the event of freezing of the internal liquid.
Le gel d'un liquide acqueux se traduit par une expansion deThe freezing of an aqueous liquid results in an expansion of
10% en volume.Or, la limite élastique des métaux correspond à une dilatation inférieure à l%.Le gel de l'eau dans une canalisation dépasse donc 10 fois la limite élastique du métal, celui-ci étant contraint de se dilater de 10%.10% by volume, but the elastic limit of metals corresponds to an expansion of less than 1%. The freezing of water in a pipe therefore exceeds 10 times the elastic limit of metal, the latter being forced to expand by 10 %.
Les matériaux comme la fonte ou le béton présentent des limites élastiques encore plus faibles.Materials like cast iron or concrete have even lower elastic limits.
Les matériaux synthétiques ont des propriétés variées qui évoluent souvent avec le vieillissement.Synthetic materials have various properties which often evolve with aging.
Mêmes remarques pour les appareillages montés sur les tuyaux: vannes, raccord, ...Same remarks for the devices mounted on the pipes: valves, fitting, ...
Le danger de gel est surtout important lorsqu'il n'y a pas de débit dans la canalisation. Le volume de liquide emprison- né ,égal à celui de la canalisation, se dilate globalement ou par portion de canalisation entre bouchons de gel.The danger of freezing is especially important when there is no flow in the pipeline. The volume of trapped liquid, equal to that of the pipe, expands overall or by portion of pipe between gel plugs.
Actuellement, les moyens utilisés sont de 2 types:Currently, the means used are of 2 types:
- chauffage des canalisations par des appareillages électriques enrobant la canalisation. - introduction de matériaux compressibles à 1 ' intérieur de la canalisation ou permettant l'évacuation de l'excédent de liquide pendant la phase d'établissement du gel.- heating of pipelines by electrical equipment covering the pipeline. - introduction of compressible materials inside the pipeline or allowing the evacuation of the excess liquid during the gel establishment phase.
- utilisation de moyens d'expansion transversale ou longitudinale : soupape, vase d ' expansion, raccord d'expansion... L'inconvénient des systèmes de chauffage est qu'il ne sont pas sûrs à 100% en cas de panne électrique ou de détérioration des conducteurs avec le temps.De plus, leur utilisation n'est possible que si une source de courant électrique est possible. Les solutions avec évacuation d'un excédent de liquide par un tuyau intérieur ne permettent pas de protéger de grandes longueurs car le transfert longitudinal de liquide n'est
plus possible s'il est emprisonné entre 2 points qui ont gelés en premier dans le temps. De plus, la dilatation globale n'est compensée que par la compression de la paroi du tuyau, ce qui est insuffisant. L'utilisation de matériaux compressibles utilisés à l'intérieur de la canalisation présente l'inconvénient d'avoir une tenue dans le temps douteuse par suite de la dégradation progressive des matériaux organiques suite au temps et aux compressions successives. L'utilisation de moyens d'expansion est coûteuse et ces derniers doivent être répétés fréquemment tout au long de la canalisation. Cet inconvénient est encore plus important pour les moyens d'expansion longitudinale. La présente invention a pour but de définir la combinaison de moyens qui garantissent une sécurité proche de l'absolu, et ceci quels que soient les scénarios: pannes, accidents ... Afin de pallier aux différents scénarios, 1 ' invention consiste a combiner des moyens différents dont les effets s'ajoutent ou prennent le relai les uns les autres en cas de défaillance par panne ou détérioration dans le temps. Plusieurs combinaisons sont possibles selon les cas d'utilisation: source électrique ou non, installations nouvelles ou existantes, types de canalisations... Les combinaisons, selon 1 ' invention,utilisent les moyens ou procédés suivants, dont certains, dans certaines variantes, sont déjà connus:- use of transverse or longitudinal expansion means: valve, expansion vessel, expansion connection ... The disadvantage of heating systems is that they are not 100% safe in the event of an electrical failure or deterioration of conductors over time, and their use is only possible if a source of electric current is possible. Solutions with evacuation of excess liquid by an internal pipe do not protect long lengths because the longitudinal transfer of liquid is not more possible if trapped between 2 points that froze first in time. In addition, the overall expansion is only compensated by the compression of the wall of the pipe, which is insufficient. The use of compressible materials used inside the pipeline has the drawback of having doubtful behavior over time as a result of the progressive degradation of organic materials over time and successive compressions. The use of expansion means is expensive and these must be repeated frequently throughout the pipeline. This drawback is even more important for the means of longitudinal expansion. The purpose of the present invention is to define the combination of means which guarantee safety close to the absolute, regardless of the scenarios: breakdowns, accidents, etc. In order to overcome the different scenarios, the invention consists in combining different means, the effects of which add to or take over from one another in the event of failure due to breakdown or deterioration over time. Several combinations are possible depending on the use case: electrical source or not, new or existing installations, types of pipes, etc. The combinations according to the invention use the following means or methods, some of which, in certain variants, are already known:
1- utilisation de matériaux compressibles à l'intérieur1- use of compressible materials inside
2- chauffage par conducteurs intérieurs à la canalisation MOYEN 1: matériaux compressibles à l'intérieur: Ce moyen peut être réalisé par l'introduction d'un boudin de matériaux compressibles.2- heating by internal conductors in the pipeline MEAN 1: compressible materials inside: This means can be achieved by the introduction of a coil of compressible materials.
Les appareils pourront être protégés suivant le même principe. La forme géométrique utilisée pouvant constituer une pastille encastrée ou toute autre forme géométrique. Le volume du matériau compressible devant absorber une compression de 10% du liquide devra avoir une section de 15% environ suivant son taux possible de compression, ce qui
donne un diamètre de 40% de celui de la canalisation si sa section est cylindrique.The devices can be protected according to the same principle. The geometric shape used can constitute a recessed patch or any other geometric shape. The volume of the compressible material which must absorb compression of 10% of the liquid must have a section of approximately 15% according to its possible rate of compression, which gives a diameter of 40% of that of the pipe if its section is cylindrical.
Ce moyen n'empêche pas le gel de la canalisation et le transfert longitudinal de liquide est limité. MOYEN 2 : chauffage par conducteurs intérieurs :This means does not prevent freezing of the pipe and the longitudinal transfer of liquid is limited. MEDIUM 2: heating by internal conductors:
L'introduction de 2 conducteurs intérieurs, présentant une certaine résistance électrique, permet de chauffer le liquide ,soit pour l'empêcher de geler, soit pour permettre un transfert longitudinal pendant la phase de dilatation au début du processus de gel. (un des 2 conducteurs peut être constitué par le tuyau lui-même s'il est métallique. Ceci facilite le "passage" électrique des obstacles: vannes.) En cas de températures très basses, la puissance et les tensions nécessaires peuvent être difficiles à utiliser si l'on veut empêcher le gel en permanence. Dans tous les cas, une tension modérée (inférieure à 50 volts) permettra d'assurer le transfert longitudinal de liquide pendant la phase de prise du gel. Ce moyen seul n'assure donc pas une protection absolue de façon aisée.The introduction of 2 inner conductors, having a certain electrical resistance, makes it possible to heat the liquid, either to prevent it from freezing, or to allow a longitudinal transfer during the expansion phase at the start of the gel process. (one of the 2 conductors can be formed by the pipe itself if it is metallic. This facilitates the electrical "passage" of obstacles: valves.) In the event of very low temperatures, the power and the necessary voltages can be difficult to use if you want to prevent freezing permanently. In all cases, a moderate voltage (less than 50 volts) will ensure the longitudinal transfer of liquid during the setting phase of the gel. This means alone does not therefore provide absolute protection easily.
Les moyens pour raccorder les câbles avec 1 ' extérieur, à travers la parois de la canalisation, sont connus. COMBINAISON 1 + 2 : les conducteurs électriques sont noyés dans un matériau compressible: Une des combinaisons de l'invention est d'utiliser des câbles électriques dont le matériau d'enrobage est composé de matériaux à base de caoutchouc ou de mousses plastiques souples dont les compositions sont connues . Une forme possible est l'utilisation de câbles coaxiaux ( voir câble d'antenne de télévision) avec une tresse cylindrique et un câble intérieur . L ' avantage de la tresse cylindrique est de maintenir mécaniquement le matériau compressible et d'assurer à ce dernier une meilleure tenue dans le temps. Le maintien d'une tension électrique lui permet de plus de rester dans une plage de température dans laquelle il conserve des caractéristiques d'élasticité optimum (d'où une longévité plus importante) et de maintenir
pendant un certain temps un transfert longitudinal du liquide interne.Voir figure 1.The means for connecting the cables with one exterior, through the walls of the pipeline, are known. COMBINATION 1 + 2: the electrical conductors are embedded in a compressible material: One of the combinations of the invention is to use electrical cables, the coating material of which is composed of materials based on rubber or flexible plastic foams, the compositions are known. One possible form is the use of coaxial cables (see television antenna cable) with a cylindrical braid and an inner cable. The advantage of the cylindrical braid is to mechanically maintain the compressible material and to ensure the latter a better resistance over time. Maintaining an electrical voltage also allows it to remain within a temperature range in which it retains optimum elasticity characteristics (hence greater longevity) and to maintain for a certain time a longitudinal transfer of the internal liquid. See figure 1.
La tresse superficielle présente également l'avantage d'une bonne diffusion de la chaleur. La résistivité permettant la diffusion de chaleur devra être concentrée sur ce conducteur.The surface braid also has the advantage of good heat diffusion. The resistivity allowing the diffusion of heat must be concentrated on this conductor.
La figure 2 montre une variante pour la disposition des conducteurs.Figure 2 shows a variant for the arrangement of conductors.
En cas de températures très basses, il n'est plus indispensable d'assurer un chauffage (donc une intensité) important, difficile à mettre en oeuvre pour garantir 100% de sécurité et d'isolation électrique en cas de hauts voltages. La compression du matériau prend le relai pour la protection contre la sur-pression.In the event of very low temperatures, it is no longer essential to provide significant heating (therefore an intensity), difficult to implement in order to guarantee 100% safety and electrical insulation in the event of high voltages. The compression of the material takes over for protection against overpressure.
Pour assurer la boucle de courant, les 2 conducteurs seront réunis en bout de câble sans nécessiter un appareil extérieur de connection ou connectés à 2 bornes d'une vanne afin d'assurer son chauffage et/ou le relais pour la suite de la canalisation.To ensure the current loop, the 2 conductors will be joined at the end of the cable without requiring an external connection device or connected to 2 terminals of a valve to ensure its heating and / or the relay for the rest of the pipeline.
En option, un détecteur de pression pourra adapter la puissance électrique en fonction de la pression dans la canalisation, cette dernière augmentant en proportion de la quantité de gel partiel déjà formé à l'intérieur.Optionally, a pressure detector can adapt the electrical power according to the pressure in the pipeline, the latter increasing in proportion to the amount of partial gel already formed inside.
En variante, 1 ' invention consiste à utiliser un matériau compressible contenant des particules conductrices et dont la résistance électrique est inversement proportionnelle à la compression, ce qui permet d'adapter automatiquementAs a variant, the invention consists in using a compressible material containing conductive particles and whose electrical resistance is inversely proportional to the compression, which makes it possible to automatically adapt
1 ' intensité du courant en fonction du gel et ceci dans les emplacements concernés avec une tension réduite.1 current intensity depending on the gel and this in the locations concerned with a reduced voltage.
Cette propriété permet, en option, la détection du gel par mesure de la variation de la résistance électrique.This property allows, optionally, the detection of frost by measuring the variation of the electrical resistance.
En l'absence de gel, 1 ' intensité du courant sera nulle ou voisine de zéro.In the absence of gel, the intensity of the current will be zero or close to zero.
La pose d'un câble compressible est relativement facile, y compris pour les installations existantes. La sécurité est assurée même en cas de coupure du courant électrique , contrairement aux systèmes de chauffage seuls.Laying a compressible cable is relatively easy, even for existing installations. Safety is ensured even in the event of a power cut, unlike heating systems alone.
GAMMES DE CABLES: pour une canalisation de diamètre:D, le
diamètre du câble compressible devra être : d=0,4 D environ pour une compression à 100%, ce qui ne sera pas utile dans tous les cas, en particulier si le matériau de la canalisation possède un coefficient d'élasticité élevé. Pour assurer une puissance de chauffe constante par unité de section du câble (pour une tension et une résistivité données), le diamètre équivalent des conducteurs : de devra être fixé par la formule suivante : dc*dc=K*D*L*L , L étant la longueur à protéger. Les gammes de câbles: diamètres extérieurs et sections conductrices, seront donc établies en fonction des 3 paramètres: K: degré de protection recherchée, D: diamètre de la canalisation, L: longueur à protéger. La gamme pourra être réduite par la possibilité d'utiliser plusieurs câbles chauffant compressibles en parallèle, associés à des câbles seulement compressibles. La lenteur du processus de gel et la possibilité de transfert longitudinal de liquide permettent une grande approximation dans le choix des câbles parmi une gamme réduite, en particulier pour les puissances de chauffe. La standardisation pourra être également facilitée par l'utilisation de plusieurs tensions électriques.CABLE RANGES: for a diameter pipe: D, the diameter of the compressible cable should be: d = about 0.4 D for 100% compression, which will not be useful in all cases, in particular if the material of the pipe has a high coefficient of elasticity. To ensure a constant heating power per unit of section of the cable (for a given voltage and resistivity), the equivalent diameter of the conductors: de must be fixed by the following formula: dc * dc = K * D * L * L, L being the length to protect. The cable ranges: external diameters and conductive sections, will therefore be established according to the 3 parameters: K: degree of protection sought, D: diameter of the pipe, L: length to be protected. The range could be reduced by the possibility of using several compressible heating cables in parallel, associated with only compressible cables. The slowness of the freezing process and the possibility of longitudinal liquid transfer allow a large approximation in the choice of cables from a reduced range, in particular for the heating powers. Standardization could also be facilitated by the use of several electrical voltages.
La figure 1 représente un câble avec un conducteur central 10 et une tresse conductrice concentrique 25 qui englobe un matériau élastique et compressible 10, du type mousse plastique contenant des bulles d'air. Une gaine extérieure 15 assure l'isolation électrique par rapport à la canalisation 5.FIG. 1 represents a cable with a central conductor 10 and a concentric conductive braid 25 which includes an elastic and compressible material 10, of the plastic foam type containing air bubbles. An outer sheath 15 provides electrical insulation with respect to the pipe 5.
La figure 2 représente un câble avec plusieurs conducteurs 25 enroulés en spirale autour d'un tube souple contenant de l'air 10 et protégés par une gaine 15.FIG. 2 represents a cable with several conductors 25 wound in a spiral around a flexible tube containing air 10 and protected by a sheath 15.
Les différents branchements des conducteurs permettent d'adapter la résistance électrique à la longueur et à la puissance désirée. Par sécurité à long terme, l'air pourra être englobé dans des poches de longueur réduite pour qu'une détérioration locale ne se répercute pas sur toute la longueur du câble. L'air pourra être remplacé par un autre matériau
compressible.The different conductor connections allow the electrical resistance to be adapted to the desired length and power. For long-term security, the air may be enclosed in pockets of reduced length so that local deterioration does not affect the entire length of the cable. The air can be replaced by another material compressible.
Toutes les canalisations de transport de liquides aqueux peuvent être protégées par les câbles de la présente invention, lorsqu'elle sont soumises à des contraintes de gel. Les mêmes câbles peuvent être également utilisés pour assurer le chauffage intérieur de canalisations transportant des liquides non acqueux, en vue de les fluidifier .Dans ce cas, le matériau du câble ne sera pas nécessairement compressible . Pour des récipients à protéger, les mêmes câbles pourront être utilisés, en introduisant une longueur proportionnelle au volume du liquide et aux surfaces d'échange avec 1 ' extérieur.
All the pipes for transporting aqueous liquids can be protected by the cables of the present invention, when they are subjected to frost stresses. The same cables can also be used to heat the interior of pipes carrying non-aqueous liquids, in order to fluidize them. In this case, the cable material will not necessarily be compressible. For containers to be protected, the same cables can be used, by introducing a length proportional to the volume of the liquid and to the exchange surfaces with the exterior.
Claims
REVENDICATIONS
1- dispositif empêchant la rupture d'une canalisation en cas de gel, caractérisé en ce qu'il est constitué par un câble construit en combinant des éléments électriques chauffants et des éléments réalisés en matériaux compressibles et élastiques, le dit dispositif étant introduit dans la canalisation à protéger. 2- dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments chauffants sont constitués par plusieurs conducteurs électriques.1- device preventing the rupture of a pipe in the event of frost, characterized in that it consists of a cable constructed by combining electrical heating elements and elements made of compressible and elastic materials, the said device being introduced into the pipeline to be protected. 2- device according to claim 1, characterized in that the heating elements consist of several electrical conductors.
3- dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les conducteurs sont concentriques avec les matériaux compressibles.3- device according to claim 1, characterized in that the conductors are concentric with the compressible materials.
4- dispositif selon les revendications 1 et 3, caractérisé en ce que les éléments chauffants sont constitués par un câble coaxial dont le conducteur interne est entouré d'une tresse métallique conductrice cylindrique enserrant les matériaux compressibles.4- device according to claims 1 and 3, characterized in that the heating elements consist of a coaxial cable whose internal conductor is surrounded by a metallic conductive cylindrical braid enclosing the compressible materials.
5- dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les conducteurs chauffants sont placés à coté des matériaux compressibles.5- device according to claim 1, characterized in that the heating conductors are placed next to the compressible materials.
6- dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'un des conducteurs est constitué par la canalisation elle-même, celle-ci étant métallique.6- device according to one of the preceding claims, characterized in that one of the conductors is formed by the pipe itself, the latter being metallic.
7- dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le matériau compressible contient des particules ou des fibres conductrices. 8- dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le matériau plastique enserre du gaz compressible.
7- device according to claim 1 characterized in that the compressible material contains particles or conductive fibers. 8- device according to claim 1 characterized in that the plastic material encloses compressible gas.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
AK | Designated states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): CA RU US |
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AL | Designated countries for regional patents |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE |
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DFPE | Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101) | ||
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application | ||
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: CA |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |