Brevet FR2241760A1 — publié le 19750321

La présente invention est relative à des blocs de construction ou d'adjonction pouvant être chauffés électriqueeent et destinés à des échangeurs de chaleur de préférence conçus sous forme d'appareils de chauffage instantané pour fluides en écoulement, par exemple des appareils à chauffer l'eau, le lait, le café ou le thé, des appareils à pasteuriser, à cuire les oeufs, à stériliser, etc..., les fluides parcourant, tout en étant chauffés, le bloc qui contient au moins un élément chauffant disposé entre des couches isolantes, les fluides étant éventuellement soamis en outre indirectement à l'action de chauffage de l'élément. Des blocs de ce genre sont déjà connus sous les formes les plus diverses et on s'est efforce de donner aux blocs 'une structure telle qu'ils répondent dans la plus large mesure possible, grâce à des aménagements spéciaux, aux conditions posées dans chaque cas. Toutefois, la technique moderne de fabrication à conduit à poser un problème différent, qui consiste-cette fois à donner simplement aux appareils destinés à recevoir les blocs de construction ou d'adjonction mentionnés une conception dictée par le but poursuivi dans chaque cas, mais à donner dans la plus large mesure aux blocs mentionnés une structure concordante, de façon qu'ils puissent être fabriqués en grande série et qu'ainsi le prix d'achat puisse être ramené à un niveau corres- Xoadaz$à l'économie nécessaire du procédé.Toutefois, pour répondre au but visé, il faut remplir une série d'autres conditions, parmi lesquelles, tout d'abord, un certain encombrement maximal des blocs. Les blocs doivent avoir une grandeur telle qu'ils puissent servir, même lorsque l'appareil qui les loge présente une disposition d'ensemble extreneBent ramassée et aussi peu encombrante que possible. L'économie exige encore que le bloc soit un élément jetable qu'on ne répare pas en cas d'avaries, mais que lton remplace par un nouveau bloc, parce que le cout du nouvel achat et du changement est inférieur à celui de la réparation. Cependant, il faut que le bloc ait une durée maximale de service afin de ramener au minimum les perturbations dans l'usage de l'appareil principal qui loge le bloc.En outre, il faut concevoir la forme extérieure du bloc de manière à éviter les structures biscornues ou qui causent d'une autre façon des difficultés de logement par suite des saillies, de l'encombrement et de parties en porte-à-faux. I1 est entendu que les conditions énumérées ne sont pas exhaustives, de sorte que pour en terminer, il suffit d'indiquer que les considérations déterminantes quant à la conception du bloc sont aussi en particulier des considérations de fabrication, lorsque celles-ci sont telles que leur réalisation permet de ramener le prix d'achat à un niveau qui, à première vue, ne semble pas pouvoir être abaissé. En partant des problèmes ainsi définis, qui sont i la base de l'invention, celle-ci est caractérisée par le fait que des régions du bloc qui sont conductrices de l'électricité et forment l'élément chauffant sont formées d'un caoutchouc de silicone qui contient, de préférence, une certaine proportion de carbone, par exemple une addition de noir de carbone lui communiquant sa conductivité et que des régions du bloc qui sont isolantes électriquement et thermiquement sont formées d'un caoutchouc de silicone isolant, les unes et les autres régions formant physiquement un tout. Selon une autre caractéristique de l'invention des passages destinés au fluide sont noyés dans des régions conductrices de l'électricité ou sont placés contre celles-ci ou les entourent au moins partiellement et sont situés dans des régions de transition entre des régions conductrices de l'électricité et des régions isolantes électriquement et thermiquement. Selon une autre caractéristique de l'invention des régions formées de caoutchouc de silicone conducteur de l'électricité sont conçues sous forme de résistances, par exemple sous la forme d'éléments en selle, de barres en U, de plaques munis de gorges en U de logement d'éléments tubulaires, d'enroulements de résistance à section carrée ou rectangulaire disposés sur ceux-ci, avec espacement entre spires, placés ou poussés contre les branches d'un élément tubulaire en U, d'une gaine glissée par dessus l'élément tubulaire, d'éléments en bande de forme sinueuse, ou sous une forme analogue. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre en regard des dessins annexés qui représentent, schématiquement et simplement à titre d'exemples,divers modes de réalisation d'éléments chauffants. Sur ces dessins La figure 1 est une coupe horizontale par le milieu d'un bloc conçu selon l'invention La figure 2 est une vue en coupe axiale du bloc de la figure 1 La figure 3 montre une variante du bloc des figures précédentes; Les figures 4 et 5 sont des détails d'autres modes d'sesécution possibles et, La figure 6 est une vue d'un détail d'un autre mode d'exécution. Selon les figures 1 et 2, entre deux disques circulaires 10 et 11, en caoutchouc de silicone électriquement isolant, est disposée une résistance 12 formée d'un caoutchouc de silicone conducteur de l'électricité. Entre les disques 10 et Il est placé un tube de passage d'eau 15 de forme en U qui entoure la résistance 12 et qui, au moins dans la région des disques 10 et 11, est revêtu d'une gaine électriquement isolante 14 également en caoutchouc de silicone. Le tube 13 et la gaine 14 sont entourés par la résistance 12, à l'intérieur de l'extension tridimensionnelle de celui-ci, sur la moitié de leur périphérie. Leurs régions qui ne sont pas directement touchées par la résistance 12 sont entourées par la matière des disques 10 et 11. Les faces frontales de la résistance 12 sont recouvertes par des électrodes 15 > et 16 auxquelles sont raccordés des conducteurs électriques 17, 18 qui sortent du bloc. Le disque 11 présente une gorge annulaire qui sert à soutenir le bloc, tandis que le disque 10 présente une baguette annulaire de joint 20 qui entoure une surface circulaire d'appui 21. Le disque 11 doit être considéré comme le socle et le disque 10 comme le couvercle du bloc. Dans la position d'installation, l'ensemble du bloc a de préférence une position horizontale, le tube 13 étant raccordé à une source de fluide située au dessus du bloc. Il s'agit donc d'un appareil de chauffage instantané d'un fluide destiné à être ensuite emmagasiné dans un réservoir. Quand la résistance 12 est alimentée électriquement, elle s'échauffe en vertu de sa résistance électrique, de sorte que la chaleur engendrée par effet Joule est transmise par 1' intermédiaire de la gaine isolante 14 au tube 13. Un flux de chaleur qui se produit au dessus et en dessous de la résistance 12 est transmis à un fluide emmagasiné au dessus et en dessous du bloc, avec atténuation par l'isolation thermique des dis ques 10 et 11. La résistance électrique de l'élément de résistance 12 est conditionnée par la teneur en carbone ierBée au caoutchouc de silicone, par exemple par addition de noir de carbone, et qui détermine la puissance de chauffage de l'élément de résistce En choisissant la teneur en carbone, on peut par exemple fabriquer un caoutchouc de silicone dont l'utilisatlon a seulement pour effet d'établir une limite supérieure de températures par exemple d'environ 1500 o, à la surface du tube 13. Par suite, an n'a plus besoin d'un élément supplémentaire de régulation de température, nécessaire autrement.En outre, en choisissant l'épaisseur des disques 10 et 11 qui recouvrent la résistance, on peut régler le rayonnement calorique de façon telle que l'on obtienne l'état de température nécessaire dans chaque cas.-Pour le cas de plus grandes puissances de chauffage, il peut être avantageux de prévoir un capteur de température ou des bilames, afin de faire en sorte que la température du tube de passage atteigne des valeurs qui puissent être réglées et commandées pleinement et qu'à une limite supérieure température, par exemple de 1900 C, la fourniture du courant à lléléxent-de résistance 12 soit automatiquement interrompue. On peut ainsi éviter que l'élément de résistance 12 ne soit endommagé par suite de températures trop élevées. Le caoutchouc de silicone qu'on utilise comme matériau pour les disques électriquement isolants 10 et 11 et qui ne contient donc pas de carbone a en outre un effet d'isolation thermique, ce qui permet de régler exactement la chaleur super- ficielle et d'obtenir une excellente concentration du flux de chaleur dirigé vers le tube de passage. Dans le procédé de fabrication de blocs de ce genre, li est à conseiller de préfabriquer les disques 10 et 11 sous forme de pièces moulées en prévoyant pour l'introduction du tube li et de la résistance 12 des cavités dans lesquelles on insère après coup des résistances 12 déjà préformées également, en même temps que le tube 13, après quoi on moule le tout dans un moule commun et on le vulcanise. Une autre possibilité est d'insérer, de noyer, d 'incor- porer par moulage ou par injection, dans la cavité prévue entre les disques 10 et 11 pour la résistance 12, une ébauche facilement déformable formée d'une masse de caoutchouc de silicone qui forme la résistance 12, de sorte que la masse prend la forme de la cavité et que, par suite de la vulcanisation, elle se relie intimement à la gaine isolante 14 ou au caoutchouc de silicone des-disques 10 et il. Une autre possibilité consiste à fabriquer dans une première phase, avecle tube 13 et la gaine isolante 14, ainsi que l'élément de résistance 12, ses électrodes 15 et 16 et. les conducteurs électriques 17 et 18, une ébauche, tout d'abord non vulcanisée, que l'on introduit ensuite entre les disques de caoutchouc de silicone électriquement isolants ; on peut aussi entourer l'ébauche de ce caoutchouc de silicone par injection, moulage sous pression ou autrement, puis vulcaniser le tout. La figure 3 est une variante du bloc selon l'invention dans laquelle la résistance 30 forme une boucle essentiellement en U dans laquelle est inséré le tube 31, également courbé en U, après quoi on moule conjointement les deux pièces dans une masse 32 de caoutchouc de silicone électriquement et thermiquement isolant. Des électrodes, auxquelles sont raccordés métalliquement des conducteurs électriques 34, font saillie des surfaces frontalefi 33 de la résistance 30. Dans ce mode d'exécution, le tube 31 est exposé sur presque toute sa longueur à l'intérieur du bloc à l'influence de la chaleur dégagée dans la résistance 30. Dans ce mode d'exécution, la surface d'échange de chaleur dont on dispose pour chauffer le tube 31 est notablement plus grande que la sur face dont on dispose pour maintenir le fluide au chaud. La figure 4 montre un détail d'un autre mode d'exécution possible dans lequel est formée, entre deux disques 40 et 41 de caoutchouc de silicone électriquement et thermiquement isolant, une résistance 42 à section fondamentale rectangulaire, à l'intérieur de laquelle se trouve un tube d'écoulement 43 muni d'une gaine isolante 44. Ici, toute la surface du tube sert à l'échange de chaleur. Toutefois, on peut aussi réaliser un mode d'exécution utilisant deux résistances qui, placées l'une contre l'autre, donnent une section analogue à celle de la résistance 42, ce qui simplifie le moulage du tube 43 dans la résistance 42. Un inconvénient fondamental des appareils classiques de chauffage instantané ou des blocs d'adjonction destinés au chauffage instantané est que les tubes usuels se bouchent peu à peu par suite de corrosion ou de dépôt de solides tels que le calcaire, étant donné les grandes quantités de fluides qui les traversent, par exemple d'eau ou d'autres liquides. On peut éviter cet inconvénient si, en particulier, comme dans le mode d'exécution de la figure 5, des gaines isolantes 14, 44 sont noyées à la place d'un tube fixe dans une résistance 50, pour le passage d'un fluide à chauffer. Etant donné l'élasticité des gaines isolantes 14, 44 et des contractions ou des dilatations longitudinales dues au flux de chaleur, il ne se produit pas de corrosion ; il ne se produit pas non plus de dépôts de solides.Ainsi, la section libre des gaines 14, 44 reste inchangée et la puissance de chauffage et le fonctionnement du bloc et de l'appareil qui le loge restent inchangées. Enfin, la figure 6 montre un exemple d'exécution dans lequel est glissée, sur un tube 60, une gaine isolante 61 qui est entourée à son tour par une gaine 62 formée d'un caoutchouc de silicone conducteur de l'électricité, qui forme ici la ré résistance. Des électrodes 63, auxquelles sont raccordés des conducteurs électriques 64 et 65, font saillie des surfaces frontales de la gaine 62. Dans ce mode d'exécution, on peut aussi utiliser seulement la gaine 61 pour faire passer le fluide. Un bloc selon l'invention remplit toutes les conditions indiquées plus haut et en outre, il s'agit d'une structure extrêmement peu encombrante, légère et peu coûteuse qui, grâce aux propriétés mentionnées du caoutchouc de silicone, a des possibilités d'utilisation étonnamment larges. I1 faut ajouter qu'il devient possible d'établir une puissance de chauffage constante uniquement par le choix du mélange et que le pouvoir isolant élevé et la très grande insensibilité à la chaleur du caoutchouc de silicone ont des effets très avantageux. En outre, les disques visibles extérieurement peuvent être exécutés en toutes couleurs, de sorte que l'on peut les adapter de façon poussée à l'appareil qui loge le bloc. Toutes les pièces détachées incorporées (électrodes, bi-lames, conducteurs électriques, tubes de passage, gaines etc..) peuvent être isolés de façon durable des influences extérieures grAce aus~processus de moulage décrits et sont protégés contre les forces extérieures. La forme des blocs conçus sélon l'invention n'est pas limitée à celle de disques, mais on peut adopter toutes les formes qui peuvent etre réalisées par des procédés connus de moulage par injection ou par compression. En outre, les blocs- selon l'invention ne peuvent pas seulement être utilisés comme éléments chauffants, mais les résistances peuvent être remplacées par des éléments Peltier, auquel cas de la chaleur est soustraite aux fluides véhiculés par les tubes et les gaines ; en ce sens, on envisage simplement la réalisation de processus d'échange de chaleur en général. L'invention n'est pas non. plus limitée à une seule résistance ou à un seul élément Peltier incorporé aux masses de caoutchouc de silicone ; il peut aussi y avoir dans le même bloc deux ou plusieurs résistances ou plusieurs éléments Peltier, l'une des résistances servant à chauffer un tube d'écoulement, de façon analogue à la disposition de la. figure 6, tandis que d'autres résistances assurent le chauffage superficiel du fluide emmagasiné. Toutefois, il est avantageux de contrôler les résistances au moyen d'organes thermiques de surveillance. Par une vulcanisation qui fait suite aux processus de moulage, on convertit le bloc en un ensemble dans lequel les différents matériaux font corps entre eux. Un processus de con ditionnement thermique effectué ensuite et se terminant en un temps prédéterminé conduit à une stabilisation de la réticulation et du carbone contenu dans les résistances, de sorte que des blocs conçus selon l'invention sont et restent insensibles à la température et à la corrosion. REVJ)ICÂTI ONS 1. Blocs de construction ou d'adjonction pouvant etre chauffés électriquement t destinés à des échangeurs de chaleur conçus sous forme d'appareils de chauffage instantané pour fluides en écoulement, par exemple des appareils à chauffer l'eau, le laits le café ou le thé, des appareils à pasteuriser, à cuire les oeufs, à stériliser, les fluides parcourant, tout en étant chauffés, le bloc qui contient au moins un élément chauffant disposé entre des couches isolantes, les fluides étant éventuellement soumis en outre indirectement à l'action de chauffage de l1élément, blocs caractérisés par le fait que des régions du bloc qui sont conductrices de l'électricité et forment l'élément chauffant sont formées d'un caoutchouc de silicone qui contient une certaine proportion de carbone, par exemple une addition de noir dé carbone lui communiquant sa conductivité et que des régions du bloc qui sont isolantes électriquement et thermiquement sont formées d'un caoutchouc de gilicone isolant, les unes et les autres régions formant physiquement un tout. 2. Blocs selon la revendication 1, caractérisés par le fait que des passages destinés au fluide sont noyés dans des régions conductrices de l'électricité ou sont placés contre celles-ci ou les entourent au moins partiellement et sont situés dans des régions de transition entre des régions conductrices de ltélectricité et des régions isolantes électriquement et thermiquement. 3. Blocs selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisés par le fait que des régions formées de caoutchouc de silicone conducteur de l'électricité sont conçues sous forme de résistances, par exemple sous la forme d'éléments en selle, de barres en U, de plaques munis de gorges en U de logement d'éléments tubulaires, d'enroulements de résistance à section carrée ou rectangulaire disposés sur ceux-ci, avec espacement entre spires, placés ou poussés contre les branches d'un élément tubulaire en U, d'une gaine glissée par dessus l'élément tubulaire, d'éléments en bande de forme sinueuse. 4. Blocs selon l'une des revendications 1 et 2, carac térisés par le fait qu'un passage de fluide étant noyé dans la masse du-bloc, ce passage est sous la forme d'un tube métallique muni d'une gaine électriquement isolante ou revêtu de caoutchouc de silicone comme enveloppe. 5. Blocs selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisés par le fait que le passage de fluide est formé d'une gaine élastique formée de caoutchouc de silicone électriquement isolant et noyée dans la masse du bloc. 6. Blocs selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisés par le fait qu'un élément de résistance est sous forme de support en forme de plaque, que d'autres plaques sont disposées sur les surfaces limites de l'élément de résistance sous la forme de plaques de recouvrement en caoutchouc de sili- cone isolant thermiquement et électriquement et qu'au moins une plaque est sous forme de plaque d'appui, de logement, de chauffage et/ou de aoint et qu'un anneau en saillie opposé à l'élément de résistance et prévu sur la plaque de recouvrement constitue un anneau de joint tandis qu'une autre plaque de recouvrement constitue un socle qui ferme le tout. 7. Blocs selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisés par le fait qu'ils comportent une accumulation de caoutchouc de silicone conducteur de l'électricité, prévue pour chauffer le passage et une accumulation de caoutchouc de silicoae également conducteur de l'électricité, indépendante de la première accumulation, et qu'à la première seulement est adjoint un organe thermique de commande, en fonction de sa température. 8. Procédé de fabrication de blocs selon l'une quelconque des revendications i à 7, caractérisé par le fait qu'avant d'effectuer l'assemblage physique des différentes régions de caoutchouc de silicone, on fabrique sous forme de pièce moulée la région de caoutchouc de silicone conductrice de l'électricité avec ses éléments additionnels et on la noie dans les régions de caoutchouc de silicone qui sont isolantes thermiquement et électriquement. 9. Procédé de fabrication de blocs selon l'une quelconque des revendications i à 7, caractérisé par le fait qu'avant d'effectuer l'assemblage physique, on insère dans des cavités de moule des éléments moulés prévus pour loger des éléments de résistance et formés de caoutchoucs de silicone isolants élec triquement et thermiquement, soit sous la forme d'éléments moulés de résistance en caoutchouc de silicone conducteur, soit sous la forme de caoutchouc de silicone non façonné, conducteur de l'électricité, servant à former ces éléments, que l'on moule, que l'on coule, que l'on enfonce ou que l'on injecte dans la masse. 10. Procédé de fabrication de blocs selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que dans un premier processus de moulage, à partir du passage destiné au fluide, des pièces additionnelles et du caoutchouc de silicone conducteur de l'électricité, on fabrique un élément déformable non vulcanisé et qu'ensuite on enrobe celui-ci entre et/ou dans la masse de caoutchouc de silicone isolante électriquement et thermiquement et qu'on en forme par moulage le bloc fini. il. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé par le fait que pour réaliser l'unité physique, on soumet les éléments de caoutchouc de silicone à assembler, formés de différentes sortes de caoutchouc de silicone, à une vulcanisation conjointe, suivie d'un processus de conditionnement thermique.