Brevet FR2254171A1 — publié le 19750704

La présente invention concerne d'une manière générale les appareils électriques destinés au chauffage de fluides et, en particulier, des appareils dans lesquels les liquides sont chauffés électriquement jusqu a ce qu'une partie importante eI soit vaporisee. L'une des applications avantageuses d'un apra- reil électrique de chauffage selon l'invention est 13 vaporisa- tion des huiles stables des pompes à vide à vapeur d'huile. La présente invention concerne un appareil électrique de chauffage à faible inertie thermique et facilement démontable en vue de son entretien ou de son remplacement. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur des quels la figure I est une vue, avec coupe et élévation partielles, d'un appareil de chauffage selon l'invention, destiné à la pro diction de vapeur dans une pompe à vide à vapeur d'huile, et la figure 2 est une vue schématique d'une pompe à vide à vapeur dthuile équipee de l'appareil de chauffage de l'invention et montée dans une installation de pompage du vide. La pompe représentée comprend un écran 2 contre les rayonne ments, dont seule la partie cylindrique supérieure est représentez. Comme on le voit sur la figure 2, un corps de pompe 3, disposé à l'extérieur de cet écran, est normalement refroidi par eau, à l'aide d'une tubulure 5 enroulée autour de sa partie inférieure et destinée à faciliter la condensation de la vapeur sur ses surfaces internes. En conséquence, le fluide de travail de la pompe à vapeur d'huile peut être renvoyé en phase liquidez à un réservoir 7 afin d'être utilisé à nouveau, tandis que les gaz pompés sont transmis à la pompe à vide rotative 9 habituel, disposé en aval de la pompe à vapeur d'huile, de sorte que la perte de fluide de travail qui d'habitude est de l1huile ,est pratiquement négligeable. La paroi d'extrémité 4 du corps principal 3 de la pompe (q peut être démontée ou non du corps de la pcmpe lui-même) est disposé au sommet (en observant la figure) de l'écran 2. Un ensemble d'ajutage 6 de vapeur dont seule la partie supé- rieure (qui fonctionne comme boite de vapeur ou corps de bouilleur) est représentée, est disposé à l'intérieur de l'écran ? En dessous de la partie représentée, l'ensemble 6 comprend des buses d'émission d'ou sortent des jets de vapeur à grande vitesse, inclinés vers le bas, destinés à entraîner les molécules de gaz et les autres particules qui passent de l'équipement 13, mis au vide, à l'intérieur de l'écran 2. Un manchon cylindrique 8 en acier inoxydable ou en un métal analogue^ de faible conductivité thermique, fixé à l'extrémité supérieure (en observant la figure) de l'ensemble 6 fonctionne comme isolateur thermique. L'extrémité superieure du manchon 8 est fixée sur une bride intermédiaire 10 boulonnée ou fixee au trement sur la paroi d'extrémité 4. Les surfaces en contact de la bride et de la paroi sont rendues étanches au vide par une bague torique 12. Dans certaines réalisations, la bride 10 peut faire partie intégrante de la paroi 4. L'appareil de chauffage est disposé à l'intérieur de l'en- semble 6. Il comprend essentiellement un corps cylindrique et creux 14 en un matériau approprié, perméable et électriquement résistant. Le corps 14 est disposé entre deux bornes électro ques 16 et 18. La borne supérieure 16 est reliee par un manchon 20 à un capuchon 22 connecté à une première borne d'une source 23 de courant électrique de chauffage,.de faible tension et d'in tensité élevée. La borne inférieure 18 est brasée ou fixée autrement par un contact électrique de faible résistance à l'extrémité inférieure d'un tube d'admission perforé 24, le long duquel passe l'huile ou tout autre liquide qui doit être vaporisé. L'extrémité supérieure (en observant la figure) du tube d'admission 24 est iso lée électriquement du capuchon 22 et passe par un ensemble de compression 26 avant d'etre connectée à l'autre borne de la source 23. L'ensemble de compression 26 comprend une rondelle 28, en un matériau isolant, portant contre l'extrémité supérieure du capuchon 22 de façon à le maintenir séparé du tube 24 afin d'éviter tout contact électrique entre eux. Deux rondelles Belle ville 30, disposées immédiatement contre la rondelle 28, sont destinées à rester comprimées en dépit des mouvements de dila tation thermique qui se produisent dans l'appareil de chauffage avant, pendant et après son fonctionnement. Les deux rondelles 30 butent contre une rondelle de poussée 32 portée par un collier 34 qui peut être serré à l'extérieur du tube 34 dans des positions réglables. Bien entendu, il est possible d'adopter d'autres dispositifs pour la compression élastique souhaitée. I1 convient de noter que le manchon 20 détermine la position de la borne supérieure 16 par rapport au capuchon 22. La position relative de la borne 18 par rapport à la borne 16 est ré; glée par la compression exercée sur le tubè 24 du fait d'une déformation partielle des rondelles Belleville 30. Cette compression se traduit par une tendance des bornes 16 et 18 à com primer le corps 14 de l4e l'appareil de chauffage entre elles. La compression a pour but de réaliser un contact de résistance aussi faible que possible entre chaque borne et le corps 14. Elle a également pour but la réalisation de surfaces de contact étanches au fluide. L'élasticité des rondelles Belleville permet aux déplacements dus à la dilatation thermique d'être absorbés pendant qu'une compression axiale est exercée sur le corps de l'appareil de chauffage. Dans la présente invention, la faible résistance et l'étan- chéité au fluide du contact sont accrues par un moletage, un rainurage ou un striage des faces de contact 36. Lorsque les deux bornes sont poussées l'une vers l'autre par la compression exercée sur le tube 24, les dentelures pénètrent dans les extrémités du corps 14 de l'appareil de chauffage de façon à réaliser un bon contact électrique avec ce dernier. Les bornes 16 et 18 sont, habitude, en cuivre afin de tirer profit de la bonne conductivité électrique et des caractéristiques physiques de ce métal. Aux températures élevées que l'appareil de vaporistation atteint en pratique, les surfaces de contact 36 ont tendance à' s'oxyder. Les pellicules d'oxyde introduisent une résistance relativement élevée dans le circuit du courant de chauffage. Du fait que l'intensité de ce courant peut être de quelques centaines d'ampères, la présence des pellicules a pour résultat que les extrémités du corps 14 de l'appareil de chauffage sont plus chaudes que le restant de ce dernier et le fait que l'huile vaporisée peut être décomposée par pyrolyse.Un accroissement de la résistance électrique est également désavantageux, car il provoque une réduction du courant de chauffage effectif, de sorte que la puissance de l'appareil de chauffage est inférieure à sa puissance de regimbe. Les produits de décomposition ont tendance à colmater les canaux du corps 14situés au voisinage de ses extrémités, et dans ces parties l'huile froide à vaporiser ne peut s'écouler de la façon habituelle. En conséquence, ses extrémités ont tendance à devenir plus chaudes, à se rompre et à rendre l'appareil inutilisable. Afin de supprimer cet inconvénient, les surfaces 36 sont revêtues par électrolyse ou autrement d'une couche d'un métal noble approprié, d'or en particulier. Le procédé d'application de l'or sur les surfaces striées 36 n'a aucune importance, aussi longtemps que la couche résultante est suffisamment adhérente pour empêcher la formation de pellicules d'oxyde, pendant des périodes de fonctionnement prolongées. Il peut être nécessaire pour la réalisation de telles couches et lorsque le cuivre est revêtu d'or, de prévoir une couche intermédiaire d'un métal tel que du nickel ou de l'argent. La borne supérieure 16, la totalité du corps 14 de l'appareil de chauffage et les éléments qui y sont associés, sont suspendus à une bride tertiaire 38 par un manchon 40 d'acier inoxydable ou d'une autre matière de résistance mécanique suffisante et de faible conductivité thermique qui fonctionne comme un second isolateur thermique.Une bague d'étanchéité torique 42 empêche la vapeur de s'échapper de l'intérieur de 1'ensemble 6 et entre les surfaces de contact des brides 10, 38. Les dispositifs qui permettent de fixer la bride 38 sur la bride 10 sont supprimés sur le dessin afin de-le rendre plus clair, mais il est évident qu'il est possible d'utiliser n'importe quel dispositif commode, par exemple des boulons.~ On voit sur le dessin que le diamètre intérieur minimal du manchon 8 et de l'ouverture 44 de la bride 10 est légèrement supérieur à la dimension maximale transversale de- l'une ou l'au tre borne 16, 18.En conséquence, des que les boulons ou les autres éléments qui fixent la bride 3B à la bride 10 sont enlevés, le corps 14 de l'appareil peut être retiré de l'intérieur de l'ensemble 6 par un mouvement relatif de la bride 38 le long de l'axe de symétrie de l'appareil. De préférence, les câbles électriques par lesquels passe le courant de chauffage, sont suffisamment souples pour permettre au corps- de l'appareil de chauffage d'être retiré de la pompe sans que leurs raccords doivent être démontés. On réduit ainsi d'une façon appréciable le temps qui était nécessaire autrefois pour llentretien ou le remptacement du corps 14. L'un des avantages de l'intervalle relativement faible qui existe entre les isolateurs thermiques 8 et 40 est le fait qut une très faible quantité de la vapeur qui sort de la surface cylindrique extérieure du corps 14 peut passer par cet intervalle et peut être condensée par son contact avec les brides relativement froides 10 et 38. La vapeur qui pénètre dans l'intervalle et qui y est condensée ensuite,le remplit et fonctionne comme un joint liquide. L'espace annulaire situé entre les manchons 20 et 40 est rempli d'un isolant thermique 46 approprié, par exemple de l'amiante ou de la laine d'une matière céramique, afin d'éviter un refroidissement excessif de la borne 16 qui pourrait provoquer une -condensation indésirable de la vapeur. La laine a pour fonction principale d'empêcher l'air de l'atmosphère d'accéder directement à la face supérieure de la borne 16 et, en conséquence, de la refroidir d'une manière désavantageuse. Bien que cette disposition n'ait pas été représentée sur le dessin, la totalité ou la plus grande partie de la surface extérieure de la borne inférieure 18 peut être calorifugée ou isolée thermiquement afin d'éviter toute autre condensation indésirable de la vapeur résultante. Dans ce but, la borne peut être enveloppée dans un isolant approprié, extrêmement résistant à la température, tel que l'amiante, le papier ou une étoffe en fibres d'oxyde d'aluminium. La borne 18 peut également être recouverte par un capuchon a paroi mince, en acier inoxydable ou en une autre matière de faible conductivité thermique. Normalement, le capuchon doit être perforé afin d'éviter que l'air ou d'autres gaz à la pression atmosphérique ne soient emprisonnés l'intérieur de l'ajutage de vapeur et qu'ils en soient libérés à des intervalles imprévisibles. On se rend compte que l'ouverture qui permet à de tels gaz emprisonnés de passer à l'intérieur de l'ajustage de vapeur 6 lorsque la pres sinon 'y est réduite, permet également à la vapeur à température élevée de pénétrer à l'intérieur du capuchon et de s'y condenser par son contact avec la borne relativement froide 18. Cependant, la perte de chaleur produite par cette condensation est pratiquement negligeable et peut être admise. La borne 18 est également refroidie par l'huile à vaporiser arrivant qui s'écoule sur ses surfaces internes avant de passer par le corps de l'appareil de chauffage. Dans ce but, les ouvertures 25 du tube d'admission 24 sont suffisamment rapprochées de la borne pour que l'huile qui en sort, s'écoule sur les surfaces de la borne avant de sortir par les canaux du corps perméable 14 de l'appareil de chauffage. Dans certains cas, il peut être avantageux de supprimer toute turbulence de l'huile qui s'écoule de I'intérieur du tube 24 à l'intérieur du corps 14. Un manchon 27 de matière céramique poreuse ou d'une matière poreuse analogue peut alors être disposé àl"extérieur du tube 24 afin de régulariser l'ecoulement du liquide. Pour des raisons qui sont indiquées plus complètement dans le brevet britannique No. 1 182 421, un manchon 15 à ajustage serré d'une matière poreuse et résistant à la chaleur, par exemple en fibre d'alumine, est disposé sur la surface interne du corps. 14. Le manchon 15 a pour fonction principale d'introduire I'impé- dance voulue dans le circuit d'écoulement de l'huile, de manière que les effets de la charge hydrostatique de l'huile à l'entrée du corps de l'appareil de chauffage, soient négligeables. Bien que l'appareil de la présente invention ait été décrit dans son application à la vaporisation des huiles stables, il peut être utilise pour le chauffage ou la vaporisation d'autres liquides ou simplement pour le chauffage des gaz. Si la conductivité électrique du fluide qui doit être chauffé est appréciable, il faut en tenir compte pour la conception du corps 14 de l'appareil de chauffage afin que la plus grande partie du chauffage par effet Joule s'effectue à l'intérieur de celui-ci. On voit sur la figure 2 que l'huile vaporisée est refroidie et condensée par son contact avec la surface, refroidie par 11 eau, du corps 3. L'huile condensée estrenvoyée dans un réservoir 7 par une pompe 17. De même, une pompe 19 refoule l'eau de refroidissement dans la tubulure 5 et la renvoie à un réservoir 21. La pompe à vide primaire 9 refoule directement les gaz à 1 'atmosphère. On voit que l'appareil de chauffage selon l'invention comprend un élément perméable qui peut être démonté facilement et rapidement lorsqu'on désire accéder à l'élément en vue de son entretien ou de son remplacement Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Appareil électrique de chauffage de fluides, caractérisé en ce qu'il comprend un corps creux en matière perméable et électriquement résistante, à l'intérieur duquel le fluide à chauffer ou vaporiser par effet Joule est introduit, le fluide s'écoulant à travers les parois du corps, une enveloppe entourant le corps et délimitant avec lui une chambre d'od sort le fluide chauffé, le corps étant supporté par un isolateur thermique relié à une bride démontable susceptible d'être montée sur un élément de support comportant une ouverture dont la section droite, de forme complémentaire de celle du corps de l'appareil de chauffage, est plus grande que celle-ci, le corps de l'appareil et les éléments qui lui sont associés pouvant passer par ladite ouverture de l'élément de support pendant un mouvement de la bride par rapport à ce dernier, l'enveloppe étant également supportée par un isolateur thermique, les deux isolateurs reposant l'un dans l'autre et étant séparés par un intervalle suffisamment étroit pour que le fluide chauffé ne puisse y pénétrer. 2.- Appareil électrique de chauffage de fluides, caracté risé en ce qu'il comprend un corps creux en une matière perméa ble et électriquement résistante, disposé entre deux bornes com portant chacune une face de contact annulaire avec le corps de l'appareil, chaque face de contact étant moletée, rainurée ou striée afin d'améliorer son contact électrique avec le corps de l'appareil, la borne étant revêtue par électrolyse ou autrement d'une couche adhérente d'un métal noble, afin que la ré sistance de contact entre chaque borne et le corps de l'appareil de chauffage reste faible et stable pendant de longues périodes. 3.- Appareil de chauffage électrique de fluides, caracté risé en ce qu'il comprend un corps creux en matière perméable et électriquement résistante, à l'intérieur duquel est intro duit le fluide qui doit être chauffé ou vaporisé par effet Joule, le fluide s'écoulant à travers les parois du corps, ce dernier étant disposé entre deux bornes dont chacune comprend une face de contact annulaire avec le corps, chaque face étant moletée, rainurée ou striée afin d'améliorer son contact électrique avec le corps de 11 appareil de chauffage et étant revêtue par électrolyse ou autrement d'une couche adhérente d'un métal noble afin que la résistance de contact entre chaque borne et le corps de l'appareil de chauffage reste faible et stable pendant de longues périodes r une enveloppe de l'appareil de chauffage entourant son corps et délimitant avec lui une chambre d'où sort le fluide chauffé, le corps de appareil étant supporté par un isolateur thermique relie à une bride démontable s1ls- ceptible d'être monté sur un élément de support comprenant une ouverture dont la section droite, de forme complémentaire de celle du corps de l'appareil de chauffage, est de plus grande dimension, de sorte que le corps et les éléments qui lui sont associes peuvent passer par ladite ouverture de l'élément de support par déplacement de la bride par rapport à ce dernier, l'enveloppe étant egalement supportée par un isolateur thermique, les deux isolateurs thermiques reposant l'un à l'intérieur de l'autre et étant séparés par un intervalle suffisamment. étroit pour que le fluide chauffé ne puisse y pénétrer. 4.- Appareil de chauffage suivant la revendication 3, Ca- ractbrisé en ce que chaque isolateur thermique est en forme de tube à paroi mince, en un métal à conductivité thermique relativement faible. 5.- Appareil de chauffage suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'un conducteur électrique en forme de tube part de l'une des bornes et son autre extrémité est serrée hermétiquement aux fluides sur un conduit perforé destiné au fluide à chauffer, le conduit passant à l'intérieur du tube conducteur et étant connecté à l'autre borne du corps de l'appareil de chauffage, des dispositifs exerçant une traction sur le conduit perforé et une compression sur le tube conducteur de façon à produire une force poussant les deux bornes l'une vers l'autre de manière qu'elles soientétanches et qu'elles viennent en contact électrique avec les faces d'extrémité annulaires du corps de l'appareil, les dispositifs produisant la force étant clastiques de façon à absorber les mouvements pro voqués par les dilatations thermiques tout en permettant à l'appareil dc rester mécaniquement intact. 6.- Appareil de chauffage suivant la revendication 5, ca ractérisé en ce que l'espace situé entre les deux tubes qui partent de ladite borne contient un isolant thermique approprie destiné à empêcher que de l'air relativement froid puisse accéder à la face de ladite borne qui autresi-.ent serait à découvert. 7.- Appareil de chauffage suivant-l'une des revendications l et 3 ou selon l'une quelconque des revendications qui en dépendent, caractérisé en ce que l'élément de support a lui-même la forme d'une bride annulaire destinée à venir en contact étanche aux fluides avec un élément principal comprenant une ouverture dont la section droite est de forme complementaire de celle de ladite chambre et de plus grande dimension que celle-ci, de sorte que la chambre peut être introduite et mise en position de fonctionnement avec ou sans le corps de l'appareil de chauffage, par déplacement de l'élément de support par rapport à l'élément principal. 8.- Appareil de chauffage suivant la revendication 7, caractérisé en ce que la ou chaque bride démontable peut être boulonnée ou fixée autrement sur son élément correspondant. 9.- Appareil de chauffage suivant la revendica *on 5 ou la revendication 5 prise ensemble avec l'une quelconque des revendications qui en dépendent, caractérisé en ce que le conduit perforé est équipé, sur une partie au moins de sa longueur, d'un dispositif destiné à supprimer la turbulence des courants de fluide sortant des perforations. 10.- Appareil de chauffage suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le dispositif destiné à supprimer la turbulence est en forme de manchon de matière céramique poreuse ou d'une matière analogue, résistante thermiquement et isolante électriquement. 11.- Appareil de chauffage suivant l'une des revendications 2 et 3 ou suivant l'une quelconque des revendications qui en dépendent, caractérisé en ce qu'une partie de la surface extérieure de l'une des bornes, au moins, est calorifugée de façon à empêcher la condensation sur sa surface,du fluide vaporisé sortant de f urfaces extérieures du corps de l'appareil de chauffage. 12.- Appareil de chauffage suivant la revendication ;11, ca ractdrise en ce que la borne est calorifugée par un capuchon à paroi mince, d'acier inoxydable ou d'une matière analogue à faible conductivité thermique, le capuchon délimitant une cham= bre avec les surfaces extérieures de la borne et étant perforé de façon à permettre un mouvement d'entrée et de sortie du fluide par rapport à ladite-chambre. 13.- Appareil de chauffage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un élément inerte en matière poreuse est en contact avec la face amont du corps de l'appareil de chauffage, de façon à opposer la résistance voulue à l'écoulement du fluide par le corps.