Brevet FR2058380A1 — publié le 19710528

i 2058380 La présente invention se rapporte à un procédé destiné à augmenter localement la quantité de chaleur développée par un tube générateur de chaleur utilisant les courant à effet de peau. Le tube générateur de chaleur utilisant un courant à effet 5 de peau dont il s'agit dans le présent mémoire est un tube générateur de chaleur constitué d'un ou plusieurs tubes ferromagnéti-aues dans lesauels passe un fil isolé, et dont le circuit est tel au'un courant alternatif ne peut circuler que de façon concentrée dans une portion de paroi intérieure mince du tube ferromagnétique. 10 On trouvera quelques exemples se rapportant à ces appareils dans les brevets des Etats Unis d'Amérique n° 3.293.407 et 3*515.837 Les Fig la et 1b des dessins annexés illustrent le principe du tube générateur de chaleur décrit dans le Brevet des Etats Unis n° 3 293 ^07. 15 Dans ces Fig., on voit un tube ferromagnétique 1 tel qu'un tube d'acier à travers lequel passe un fil isolé 2^ dont l'une des extrémités est connectée à une borne d'une source de courant alternatif 3 et dont l'autre extrémité est connectée à une extrémité 5 du tube ferromagnétique 1, éloignée de la source. L'autre extrémité 20 4 du tube ferromagnétique 1, la plus rapprochée de la source. est connectée par un fil à l'autre borne de la source d'énergie 3, ce qui permet aux courants alternatifs 6 et 6' de circuler comme le montre les flèches, le courant alternatif 6' circulant dans le tube ferromagnétique 1 seulement dans la portion de paroi mince 25 intérieure selon l'effet de peau. Les Fig. 2a et 2b illustrent le principe du tube générateur de chaleur décrit dans le Brevet des Etats Unis n° 3*.515-837' Dans ces Fig. on voit deux tubes ferromagnétiques 7 et 7' en acier par exemple, dont les deux extrémités sont connectées ensemble par 30 des conducteurs 8 et 8 Un fil isolé 9 passent à l'intérieur des tubes ferromagnétiques, ses deux extrémités étant connectées à une source 10 de courant alternatif. Dans ce cas. des courants induits 11 et 11' circulent dans les tubes ferromagnétiques 7 et 7' et les conducteurs 8 et 8'. un courant alternatif 11 circulant dans 35 les tubes ferromagnétiques 7 et 7' seulement dans la portion de paroi intérieure mince correspondante selon l'effet de peau* Dans ces tubes générateurs de chaleur, la zone dans laquelle circule le courant alternatif à la portion de surface du tube ferromagnétique est appelé profondeur de peau du courant alternatif, 40 La profondeur de peau du courant alternatif, s (cm) est donnée 70 30466 2 2053380 par les formules cl-après : S - 503CKPÇ (1) .... VM Ç dans lesquelles y Résistivité d'un tube ferromagnétique ( s2- cm ) A Perméabilité d'un tube ferromagnétique ç Fréquence du courant alternatif (Hz) Si le tube ferromagnétique mentionné ci-dessus, à une épaisseur de t (cm), une longueur de 1 (cm) et un diamètre intérieur de d (cm), et qu'entre eux il existe la relation; t>-2s, d^> s, 1 d, (2) les courants alternatifs 6' et 11' ne sont concentrés que dans la portion de surface intérieure du tube ferromagnétique, et il n'apparaît pratiquement pas de tension à la surface extérieure-Par conséquent, même si la surface extérieure du tube ferromagnétique est court-circuitée par un fil d'impédance faible, il n'apparaît pratiquement pas de courant de fuite vers l'extérieur, et la sécurité est maintenue même en contact avec n'importe quel objet devant être chauffé, et par suite cet appareil peut être utilisé en toute sécurité comme tube générateur de chaleur- C'est ainsi, que ce tube générateur de chaleur peut être utilisé comme un moyen économique pour chauffer ou maintenir la température d'un tube de transport de fluide, les surfaces des routes, les planchers ou murs de bâtiments etc . Dans l'utilisation d'un tube générateur de chaleur on rencontre souvent le cas où il est nécessaire d'apporter une augmentation locale de chaleur à un objet tel que le tube de transport précité. Par exemple, si le tube de transport est supporté par des appuis, la chaleur s'échappe par ces appuis et la température à ces endroits du tube de transport est plus faible qu'en d'autres endroits de ce dernier. Aussi, en cas de transport de liquide visqueux, se présente t'il parfois des inconvénients à ces endroits, tels que des effets d'obstruction tandis que dans le cas de gaz condensables on peut craindre l'inconvénient qu'une condensation se produise à ces endroits. Le but de la présente invention est de fournir un procédé pour augmenter localement la quantité de chaleur développée dans un tube générateur de chaleur utilisant les courants à effet de peau afin de surmonter ces inconvénients» En partant du tube générateur de chaleur mentionné ci-dessus, /U JU4ÔÔ 3 2053380 utilisant des courants à effet de peau, l'invention fait appel à un procédé caractérisé en ce qu'on coupe et divise le tube ferromagnétique en deux parties, à l'intérieur d'une section où il est nécessaire d'augmenter la chaleur développée, et on relie par un 5 conducteur les deux points des surfaces extérieures des tubes ferromagnétiques divisés aux deux extrémités de la section de sorte que dans la section un courant alternatif circule également dans la portion de surface extérieure du tube ferromagnétique, et que la quantité de chaleur développée dans la section est accrue. 10 D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre : Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple : les Fig- la. lb, 2a et 2b illustrent les principes de deux tubes générateurs de chaleur connus, utilisant des courants à effet 15 de peau comme déjà mentionné ci-dessus, les Fig. la et 2a montrent une vue en coupe longitudinale, alors que les Fig. lb et 2b montrent une vue en coupe transversale le long des lignes I-I' et II-II' des Fig la et 2a. respectivement ; les Fig. 3a^ et 3b illustrent le principe de l'invention, la 20 Fig. 3a montrant une vue en coupe longitudinale, alors que la Fig. 3b montre une vue en coupe le long de la ligne III-III' de la Fig, 3a ; les Fig. 4a et 4b illustrent un autre mode de réalisation selon l'invention, la Fig» 4a montrant une vue en coupe longitudi-25 nale alors que la Fig, 4b montre une -vue en coupe le long de la ligne IV-IV1 dans la Fig 4a ; les Fig. 5a et 5b illustrent encore un autre mode de réalisation de l'invention, la Fig. 5a montrant une vue en coupe longitudinale alors que la Fig 5b montre une vue en coupe le long de la 30 ligne V-V' de la Fig 5a. Sur les Fig 3a et 3b. on voit un tube de transport de fluide 12 et on vise à augmenter la température à l'intérieur de la section entre les plans X et Y Dans ces Fig, le fil isolé 13 correspond au fil 2 des Fig. la et lb ou au fil 9 des Fig- 2a 35 et 2b. Un courant alternatif 14 parcourt ce fil 13 ainsi que des courants 16 et l6' correspondant respectivement au courant alternatif 6' de la Fig» la et au courant alternatif 11 de la Fig. 2a. Ici, les tubes 15 et 15' ne sont pas continus et par suite différents des tubes ferromagnétiques 1 des Fig» la lb et 7. 7' 40 des Fig. 2a, 2b. C'est-à-dire ils sont coupés et divisés en deux 70 30466 2053380 parties au point 17 de la Fig. 3a et les points 18 et 18' de la surface extérieure des tubes ferromagnétiques sont connectés aux deux extrémités de la section entre X et Y par un conducteur 19-Si le tube de transport 12 est construit en acier, sa partie 5 de surface extérieure peut jouer le rôle de conducteur en le soudant aux tubes 15 et 15* aux deux points 18 et l'8'- Grâce à cette division, le eourant parcourant les tubes 15 et 15' circule à la fois à la surface extérieure et à la surface intérieure des tubes 15 et 15' dans la section entre X et Y afin de former 10 un circuit, comme montré dans cette Figure- En effet, le courant 16' qui circule de façon concentrée dans la portion de surface intérieure du tube 15' passe de la portion de surface intérieure à la portion de surface extérieure à l'extrémité coupée du tube, ensuite il passe par le point de connexion 18', le conducteur 19 I5\; et le point de connexion 18 vers le tube 15» par la portion de surface extérieure de ce tube 15, par la portion de surface extérieure à la portion de surface intérieure à l'extrémité coupée de ce tube et le parcourt comme courant intérieur à effet de peau 16* 20 Ainsi, dans chaque partie des tubes ferromagnétiques entre X et Y,- une quantité égale de courant parcourt aussi bien les surfaces intérieure que extérieure, et comme la chaleur développée du tube générateur de chaleur utilisant des courants à effet de . peau est en général surtout provoquée par le courant traversant 25 le tube ferromagnétique, on comprend qu'il en résulte une augmentation de la quantité de la chaleur développée entre X et Y. Afin d'améliorer la conduction de la quantité de chaleur apportée,une substance de faible conductibilité électrique mais de bonne conductibilité thermique peut remplir l'intervalle entre 30 les tubes ferromagnétiques 15, 15' et l'objet à chauffer 12. A titre d'exemple, un ciment conducteur de la chaleur, composé principalement de graphite, peut être utilisé. Les Figs 4a et 4b illustrent un autre mode de réalisation selon l'invention. On voit un tube de transport en acier 12', les 35 références numériques 13. 14, 16 et 17 désignant les mêmes parties que celles des Fig. 3a et 3b et les références numériques 15 et 15' montrant les tubes d'acier. Un boîtier extérieur 20 fait de plaques en matériau ferromagnétique, tel que l'acier, est soudé aux tubes d'acier 15, 15* et au tube de transport 12'r II est prévu également 40 un support 21 . Comme le montre ces Figures, le courant 16' passe de 70 3046ô 5 2053380 la portion de surface intérieure à la portion extérieure du tube 15' à l'extrémité coupée du tube, par la portion de surface du tube de transport 12' et par le boîtier extérieur 20 et ensuite par la portion de surface extérieure du tube d'acier 15, et 5 la portion de surface intérieure à l'extrémité coupée du tube 15 et traverse celui-ci comme courant intérieur à effet de peau 16, Dans cet agencement, si le boîtier extérieur 20 et le tube de transport 12' ont chacun une épaisseur suffisante, c'est-à-dire, plus que le double de la profondeur du courant à effet de peau, 10 il n'apparaît pratiquement pas de courant à leurs surfaces extérieures, et ainsi- la sécurité est maintenue. De plus, le boîtier extérieur 20 protège la partie du fil 13 exposée à l'intervalle 17 de toute détérioration venant de l'extérieur. Dans l'agencement des Fig. 4a et 4b, la quantité de la chaleur développée entre 15 X et Y est légèrement inférieure au double de celle dans les autres parties Cette valeur peut être calculée comme suit : La résistance par cm des portions de surface intérieures des tubes ferromagnétiques (acier"* 15 / (31 îr ds 5030>rd ^D1 alors que la résistance Rg (sa./cm )" par cm des portions de surface extérieures. Rp (^/cml est exprimée comme ei-après : Rp , j-ff * (4! 5030 >r d 25 où D (cm) est le diamètre extérieur Comme D - d ■- 2 t il en résulte : (5) R^ ^ ^2 et par conséquent, la résistance par cm des portions de surface comportant à la fois des portions extérieures et intérieures des 30 tubes d'acier 15, 15' entre X et Y. R (sz/cm) à la relation suivante : RaR1 + R2^2R1 (71 La quantité de chaleur développée dépend du circuit, ainsi la quantité de chaleur développée entre X et Y est légèrement 35 inférieure au double de celle de l'autre partie Afin de respecter parfaitement les équations (3) à (7) l'une des conditions parmi les relations, (2> c'est-à-dire fp?2s, doit être telle que la condition. 40 t *s (8) 70 30466 6 2053380 est également respectée. Etant donné que les tubes d'acier 15, 15* sont habituellement soudés au tube de transport 12, afin de faciliter la condition de la chaleur, la différence de température entre les tubes d'acier et le tube de transport est très faible- Toutefois, étant donné que 5 les parties entre X et Y des tubes d'acier 15, 15' ne sont soudées au boîtier extérieur 20, que là où elles le traversent et qu'elles ne peuvent être soudées à d'autres parties du boîtier ni au tube de transport 12', les températures de ces parties peuvent dans de telles circonstances dépasser la plage admise. Dans ce cas, un 10 ciment conducteur de chaleur 22 composé principalement de graphite, comme mentionné ci-dessus, qui a une conductibilité électrique faible mais une bonne conductibilité thermique, est utilisé pour remplir le boitîer . Ainsi, peut être évitée une montée anormale de température dans ces parties, c'est-à-dire dans la section entre 15 X et Y des tubes d'acier 15, 15'. Les Fig. 5a et 5b représentent de façon concrète un procédé pour augmenter davantage la quantité de chaleur développée dans la section entre X et Y, dans lequel des anneaux ferromagnétiques sont enfilés sur les tubes ferromagnétiques dans la section entre 20 X et Y comme le montre les Fig. 3a et 3b» Dans ces FigE 5a et 5b, on voit un tube de transport en acier 12,les références numériques 13- 14, 16 et 1? désignant les mêmes parties que dans les Pig' 3a et 3b*Les tubes d'acier 15, 15' sont soudés au tube de transport 12'à chacun des points 25 18, 18' de leur surface extérieure situés aux deux extrémités de la seetion entre X et Y. Des anneaux ferromagnétiques 23 en acier sont prévus. Un support 25 est soudé au tube de transport en acier et la chaleur s'échappe à travers ce support. Des courants de Foucault 24 sont induits dans les anneaux 23 par le courant qui 30 passe par la portion de surface extérieure des tubes ferromagnétiques sur lesquels les anneaux sont enfilés et par le courant qui passe par un conducteur reliant les points 18 et 18' des surfaces extérieures aux deux extrémités de la section entre X et Y des tubes ferromagnétiques (dans les Fig.5a et 5b la section entre X et Y 35 du tube de transport en acier correspond au conducteur 19 de la Fig.3)> ce qui provoque un dégagement de chaleur dans les anneaux 23 . Le diamètre T de la section des anneaux est de préférence T >2s - Si les anneaux sont faits en acier et si le 40 courant qui passe dans les tubes ferromagnétiques a la fréquence 70 30466 7 2053380 du secteur, une épaisseur T de ? mm ou plus peut suffire. Le nombre des anneaux peut être augmenté selon la quantité de chaleur à développer. Quant à la section des anneaux, elle peut être choisie circulaire comme dans les Pig. 5a et 5h ou reetangu-5 laire, trapézoïdale, etc. La chaleur développée par ces anneaux est de préférence conduite au tube de transport 12* par un ciment 26 de faible conductibilité électrique mais de bonne conductibilité thermique. La raison pour laquelle le ciment 26 doit avoir une faible conductibilité électrique est qu'il faut éviter un court-10 circuit électrique entre le tube de transport 12', les tubes ferromagnétiques 15» 15' et les anneaux 23- Dans les réalisations usuelles, étant donné que la différence de potentiel entre eux est à l'intérieur d'une plage de quelques volts, même un tel ciment conducteur de la chaleur composé principalement de graphite peut 15 être suffisant. Si un boîtier consitué d'un matériau ferromagnétique comme montré par la Pig. 4 contenant les tubes d'acier 15, 15* et les anneaux 23 est prévu de façon à assembler les tubes d'acier 15. 15' et les anneaux 23. la sécurité est maintenue sans que du courant fuit vers 1'extérieur et la partie du fil 13 exposée dans l'interval-20 le 17 peut être protégé d'une détérioration venant de l'extérieur» 70 30466 8 .'053380 REVEIIDXCATrOHS 1. Procédé pour augmenter localement la quantité de chaleur développée dans un ou des tubes générateurs de chaleur 5 utilisant des courants à effet de peau, ces tubes étant en un matériau ferromagnétique, et associés à un fil isolé passant à l'intérieur, le circuit électrique étant tel que lorsqu'un courant alternatif est envoyé dans le fil isolé, un courant circule dans le ou lesdits tubes ferromagnétiques de façon concentrée seulement 10 dans la portion de surface intérieure de ceux-ci selon l'effet de peau, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à couper et diviser ledit tube ferromagnétique en deux parties dans la section où on désire augmenter la chaleur développée et à relier par un conducteur électrique les deux points (18 et 18') des surfaces 15 extérieures des tubes coupés aux extrémités de la section de sorte que dans la section, le courant circule non seulement dans les portions de surface intérieures mais aussi dans la portion de surface extérieure des tubes. 20 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une substance qui a une mauvaise conductibilité électrique mais une bonne conductibilité thermique est introduite dans l'espace entre les tubes ferromagnétiques et un objet à chauffer dans la section pour améliorer la conduction de la chaleur entre eux. 25 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un ou plusieurs anneaux de matériau ferromagnétique sont enfilés sur le ou les tubes ferromagnétiques dans ladite section. 30 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une substance qui a une mauvaise conductibilité électrique mais une bonne conductibilité thermique remplit 1'espace entre lesdits tubes ferromagnétiques, lesdits anneaux et ledit objet à chauffer dans ladite section pour améliorer la conduction de chaleur entre 35 eux. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 ou 4, caractérisé en ce que la dite substance qui a une mauvaise conductibilité électrique mais une bonne conductibilité thermique 40 est un ciment conducteur de la chaleur composé principalement de 70 30466 9 2053380 graphite, 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 3, caractérisé en ce que le conducteur électrique reliant les deux points (18, 18') est un boitier constitué d'une ou plusieurs plaques en matériau ferromagnétique ayant chacune une épaisseur supérieure au double de la profondeur du courant à effet de peau, ce boîtier renfermant les tubes ferromagnétiques dans la section.