Brevet FR2270538A1 — publié le 19751205

L'invention est relative à une enceinte de chauffage ou de refroidissement. Elle concerne plus particulièrement une telle enceinte qui est destinée à porter à une température différente de la température ambiante un objet ou un corps de forme déterminée lorsque celui-ci est introduit à l'intérieur de ladite enceinte. Dans son application préférée l'invention concerne une telle enceinte qui est destinée à chauffer et à maintenir à une température constante une colonne cylindrique de chromatographie. L'invention a pour but de permettre la réalisation d t une enceinte du genre en question dans laquelle les pertes sont réduites, c'est-à-dire une enceinte dans laquelle une grande partie de 1 t énergie fournie par des moyens de chauffage ou de refroidissement est utilisée, sous forme d'énergie calorifique, pour chauffer ou refroidir un corps de forme déterminée. Un autre but de l'invention est de fournir une enceinte du genre en question qui permette de chauffer uniformément toute la longueur d'un corps allongé et de maintenir la temperature de ce corps allongé constante, sans gradient de température selon cette longueur. L'enceinte conforme à l'invention est caractérisée en ce que au moins une grande partie de la surface des parois intérieures de cette enceinte comprend des éléments en saillie, ou ailettes, séparés, répartis tout autour de l'emplacement où est normalement disposé ledit objet de forme déterminée, les arêtes libres de ces éléments en saillie ou ailettes étant normalement dirigées vers ledit objet lorsque celui-ci est installé à l'intérieur de la susdite enceinte. Dans un mode de réalisation de l'invention les éléments en saillie ou ailettes sont métalliques et sont établis d'une seule pièce, par moulage, avec un organe métallique. L'invention sera de toute façon bien comprise à l'aide de la description du mode de réalisation préféré de l'invention qui suit, cette description étant faite en se référant aux dessins ci-annexés sur lesquels - La figure 1 illustre en coupe perpendiculaire à son axe et de façon partielle une enceinte conforme à l'invention et, - la figure 2 représente un mode de réalisation d'un circuit d'alimentation, conforme à l'invention, des résistances de chauffage pour une enceinte selon l'invention. Le mode de réalisation de l'invention que l'on va maintenant décrire est relatif à l'application préférée, déjà mentionnée cidessus, à savoir le chauffage et le maintien à température constante d'une colonne 1 (figure 1) de chromatographie. De façon plus précise la colonne 1 contient des résines échangeuses d'ions et est destinée à recevoir des échantillons et des éluants de façon à séparer les divers composants de cet échantillon selon la longueur de ladite colonne 1. Dans ladite application préferée cette colonne 1 fait partie d'un ensemble complet d'analyse d'échantillons fonctionnant de façon automatique. Comme représenté sur la figure 1, l'enceinte conforme à l'invention comporte un ensemble d'ailettes 2 qui dépassent de la paroi intérieure 3 de l'enceinte. Pratiquement toute la surface intérieure de l'enceinte dispose de telles ailettes 2. L'arête libre 4 de chaque ailette 2 s'étend parallèlement à l'axe 5 de l'enceinte ; cet axe 5 coïncide avec celui de la colonne 1 lorsque celle-ci est installée à l'intérieur de ladite enceinte. Dans l'exemple les ailettes 2 occupent toute la longueur de l'enceinte. De plus, les ailettes 2 sont disposées de telle manière qu'elles sont sensiblement toutes dirigées vers l'axe 5. En d'autres termes, les ailettes 2 convergent vers la colonne 1. Avantageusement, lesdites ailettes sont, au moins au niveau des arêtes libres 2, relativement étroites. Dans la réalisation représentée sur la figure 1 ces arêtes ont, en coupe, une forme sensiblement arrondie, lesdites ailettes ayant toutes une largeur relativement restreinte. Dans une variante (non représentée) les arêtes 4 des ailettes 2 forment un angle vif. Dans le mode de réalisation de l'invention qui est représenté sur la figure 1 l'enceinte de chauffage proprement dite comprend quatre parties identiques dont une seule a été représentée sur la figure. Chacune de ces parties forme un bloc métallique d'un seul tenant comprenant les ailettes 2 et un organe 6 ayant la forme d'un quart de cercle. Une face de cet organe 6 est constituée par ladite paroi intérieure 3. En outre, la partie centrale dudit organe 6 est prolongée, à l'opposé des ailettes 2, par une plaque en saillie 7 occupant, comme ledit organe 6, sensiblement toute la longueur de l'enceinte ; cette plaque 7 est parallèle à l'axe 5. Sur un côté de cette plaque plane 7 est fixée une résistance de chauffage 8 protégée par une gaine métallique 9. Il est important de noter que la résistance 8 occupe toute la longueur de l'enceinte. En effet, de cette manière, la colonne 1 est chauffée de façon uniforme sur toute sa hauteur, sans gradient de température vertical. En outre, trois autres organes munis d'ailettes, de plaques arrières en saillie avec la résistance de chauffage associée sont prévus autour de la colonne 1 ainsi il ne%roduit pas, non plus, de gradient de température en zone horizontale. Des ouvertures 10 verticales - c'est-à-dire parallèles à l'axe 5 - sont prévues dans la zone de raccordement entre l'organe 6 et la plaque 10. Ces ouvertures permettent l'introduction de tiges (non représentées) de fixation de l'enceinte proprement dite à un boîtier il dont il sera question ci-après. Dans l'exemple l'organe 6, les ailettes et la plaque 7 sont réalisés d'une seule pièce, par moulage en aluminium. Dans cet exemple la gaine 9 est également en aluminium. Enfin, en ce qui concerne la figure 1, le boîtier Il entoure complètement l'enceinte proprement dite. Ce boîtier est, ici, réalisé, d'une part, en deux parties et, d'autre part, de manière à isoler, du point de vue thermique, l'enceinte du milieu extérieur. A cet effet, chaque partie lla, llb du boîtier 11 comprend une enveloppe intérieure 12 et une enveloppe extérieure 13. Entre ces deux enveloppes 12 et 13 on a disposé un matériau 14 thermiquement isolant qui est, dans l'exemple, la laine de verre. Les deux demi-boîtiers sont fermés, chacun, dans leur région de séparation par des éléments rigides 15 également thermiquement isolants. Ces éléments 15 sont, ici, établis en bakélite. Au cours d'expériences réalisées dans le cadre de l'invention l'inventeur a constaté qutune telle-enceinte, munie d'ailettes qui convergent vers le corps 1 à chauffer, permet de chauffer de façon particulièrement rapide et avec des pertes calorifiques très faibles ledit corps 1. L'enceinteconforme à l'invention peut se prêter à de nombreuses variantes de réalisation sans que l'on sorte, pour celà, du cadre de l'invention. Ainsi, par exemple, dans le cas d'une enceinte destinée à contenir - comme dans la réalisation sur la figure 1 - un objet de forme allongée il n'est pas indispensable que les arêtes des ailettes soient parallèles à l'axe (vertical) de l'objet allongé ; ces arêtes peuvent avoir une autre direction, horizontale par exemple. Bien entendu, il sera nécessaire que les ailettes convergent vers le corps à chauffer.. On mentionnera également, en ce qui concerne les variantes, que la forme symétrique et/ou allongée de l'objet à chauffer n'est pas indispensable. Enfin on notera que l'enceinte conforme à l'invention peut également être utilisée pour refroidir un objet de forme déterminée. Dans ce cas, les résistances 8 seront remplacées, par exemple, par des éléments à effet Peltier. On va maintenant décrire, en relation avec la figure 2, un mode de réalisation particulièrement avantageux d'un circuit d'alimentation en énergie électrique des résistances 8 de l'en- ceinte représentée sur la figure 1, ce circuit ayant pour but de permettre le chauffage de la colonne 1 et le maintien de cette colonne à une température constante présélectionnée. Avant de décrire le circuit représenté sur la figure 2 on notera que les quatre résistances 8 (ayant toutes des valeurs égales) sont, de préférence, séparées en deux couples. Chaque couple comprend deux résistances en parallèle et les deux couples sont montés en série. Cette disposition (résistance 8a) est représentée clairement sur la figure 2. L'énergie électrique fournie à l'ensemble Sa de résistances est produite par une source de courant alternatif (non représentée) qui est branchée entre les bornes 20 et 21. Entre la résistance 8a et la borne 21 sont montés deux thyristors 22 et 23 qui sont en parallèle et de sens opposés.Le reste du circuit représenté sur la figure 2 a, essentiellement, pour but de maintenir les thyristors 22 et 23 dans l'état conducteur lorsque la température du corps à chauffer a une valeur éloignée de la température désirée ; ce circuit représenté sur la figure 2 a, en outre, pour but de bloquer le thyristor 22 lorsque la température du corps à chauffer atteint une température voisine du point déconsigne (température désirée) et de ne maintenir le thyristor 23 conducteur que pendant une fraction de chaque demi-alternance du signal alternatif appliqué entre les bornes 20 et 21. Ladite fraction de chaque demi-alternance de signal alternatif est fonction de l'écart entre la température réelle du corps à chauffer et le point de consigne. En d'autres termes, dans la période de chauffage proprement dite on utilise les deux alternances du courant alternatif et au cours de la période de régulation de la température on utilise au plus une demi-alternance de ce courant alternatif. Le signal (tension) représentatif de la température désirée est appliqué entre deux conducteurs 24a et 24b. Ce signal appliqué entre les conducteurs 24a et 24b est produit par un dispositif d'affichage (non représenté) qui est, de préférence, du type numérique et, avantageusement, binaire. Les conducteurs 24a et 24b sont reliés à un montage à résistances et potentiomètres 25 et 26 fournissant sur sa sortie 27 un signal de tension qui est également représentatif de la température désirée. Les potentiomètres 25 et 26 sont des potentiomètres d'étalonnage permettant d'ajuster les valeurs du signal fourni sur la sortie 27 de façon que -celles-ci correspondent aux valeurs admissibles par l'étage suivant. Ledit montage à résistances et potentiomètres est, enfin, alimenté en courant continu par l'intermédiaire d'un convertisseur alternatif - continu 8 ou redresseur. Le signal représentatif de la température réelle du corps 1 est appliqué à un conducteur 29. La mesure de la température de la colonne 1 est effectuée, par exemple, à l'aide d'une résistance de platine (non représentée). Le circuit représenté sur la figure 2 comporte un premier étage comparateur 30 à amplificateur opérationnel 31. L'entrée positive de cet amplificateur opérationnel 31 est reliée à la sortie 27 sur laquelle apparaît une tension représentative de la température désirée ; l'entrée négative de cet amplificateur 31 est reliée au conducteur 29 sur lequel est appliqué un signal représentatif de la température réelle ou mesurée. L'étage 30 est un montage comparateur classique qu'il n'est pas nécessaire dé décrire en détail. Le signal qui apparaît sur la sortie 32 de ce montage représente l'écart entre la température désirée et la température réelle ; un tel signal est appelé signal d'erreur. La sortie 32 de l'étage 30 est reliée à l'entrée 33 d'un second étage 34 à amplificateur opérationnel 35. La liaison entre la sortie 32 et l'entrée 33 comprend une diode 36. L'étage 34 est également un montage comparateur. Toutefois, dans ce cas, on effectue la comparaison entre le signal terreur appliqué sur son entrée 33 et un signal de référence de valeur déterminée. Ce signal de référence représente une température qui est légèrement inférieure à la température désirée. Cette température voisine de la température désirée est, par exemple, inférieure de 2eC à cette température désirée. Un potentiomètre 37 permet de régler la susdite référence de valeur déterminée. L'entrée positive de l'amplificateur 35 reçoit ledit signal d'erreur et l'entrée négative de ce même amplificateur 35 reçoit ledit signal de référence. Ainsi, sur la sortie 38 de l'étage 34 il apparaît un signal lorsque la température réelle est inférieure de plus de 2"C à la température affichée. Dans le cas contraire, il n'apparaît aucun signal sur cette sortie 38. Ladite sortie 38 est reliée à la base d'un transistor 39 dont le collecteur est connecté à une borne 40 sur laquelle est appliqué un signal continu positif et dont l'émetteur est relié à la gâchette du thyristor 22. En outre, la sortie 38 est reliée à un dispositif d'affichage 41 destiné à indiquer qu'un signal apparaît sur la sortie 38, c'est-à-dire que l'on se trouve dans la phase de chauffage de la colonne 1 et non dans la phase de maintien (ou régulation) de la température de cette colonne. En ce qui concerne le fonctionnement de cette partie du circuit représenté sur la figure 2 et que l'on vient de décrire, on voit aisément qu'il permet de maintenir le thyristor 22 à l'état conducteur lorsque la température réelle est inférieure de plus de 20C à la température désirée, ce thyristor étant bloqué dans le cas contraire. Le circuit représenté sur la figure 2 comprend, en outre, un troisième étage comparateur 42 à amplificateur opérationnel 43. Cet étage permet de comparer, comme l'étage 30, la température désirée à la température mesurée et fournit également sur sa sortie 44 un signal d'erreur. Cette sortie 44 est reliée à l'entrée d'un montage 45 destiné à commander la conduction du thyristor 23. Le montage 45 comprend un transistor 46 dont la base est reliée à la sortie 44 de l'étage 42 et dont l'émetteur est connect té à l'entrée d'un circuit oscillateur 47 à transistor unijonction 48 et condensateur 49. Le transistor 46 a un rôle amplificateur du signal d'erreur délivré sur la sortie 44 de l'étage 42. La période du signal fourni par le circuit 47 dépend de l'amplitude du signal amplifié à l'aide de l'amplificateur à transistor 46. Le signal fourni par l'oscillateur 47 est appliqué sur l'en roulement primaire d'un transformateur d'isolement 50. Le secondaire de ce transformateur 50 (de rapport 1 dans l'exemple) est branché entre, d'une part, la cathode du thyristor 23 et, d'autre part, la gâchette de ce même thyristor 23. En ce qui concerne le montage 45 on notera7 enfin, que les polarisations nécessaires à ses divers éléments (notamment transistors 46 et 48) sont fournies par une source de courant continu comportant un redresseur 51. Pour le fonctionnement de cette dernière partie du circuit représenté sur la figure 2 il suffit d'indiquer que, lorsque le signal d'erreur a une valeur importante, la fréquence du signal fourni par l'oscillateur 47 a également une valeur importante et le thyristor 23 reste constamment conducteur. Par contre, lorsque le signal d'erreur a une valeur faible cette fréquence est beaucoup plus faible et le thyristor 23 ne reste conducteur que pendant une fraction de chaque demi-alternance du signal alternatif appliqué entre les bornes 20 et 21. Bien que, comme déjà mentionné, le circuit que l'on vient de décrire en relation avec la figure 2 soit particulièrement avantageux pour commander l'alimentation en énergie électrique de l'ensemble 8a de résistances, il convient d'indiquer qu'on pourra cependant utiliser tout autre circuit de commande d'alimentation. En outre, L'enceinte conforme à l'invention pourra être utilisée, non seulement pour maintenir un objet de forme déterminée à une température constante mais également pour chauffer ou refroidir un tel objet sans que la température de celui-ci soit critique, c'est-à-dire sans prévoir de dispositif de régulation de la température de l'objet à chauffer ou refroidir. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes et notamment celles dans lesquelles les éléments en saillie ou ailettes ne comportent pas des arêtes allongées mais des points convergeant vers le corps ou objet à chauffer ou refroidir. Parmi ces variantes on peut également mentionner celles dans lesquelles on prévoit des moyens interrupteurs (non montrés) pour interrompre l'alimentation des résistances 8lorsque les demi-boltiers lla et llb sont séparés I'un de l'autre. REV SNDIC?irx lCNS "r. Enceinte de chauffage ou de refroidissement destinée à por --r à une température différente de la temsérature ambiante un objet de forme déterminée, caractérisée en ce que au moins une grande partie de la surface des parois intérieures de cette enceinte comprend des éléments en saillie de profil sensiblement allongé, ou ailettes, séparés, répartis tout autour de l'emplacement ou est normalement disposé ledit objet de forme déterminée, les aretes libres de ces éléments en saillie ou ailettes étant normalement dirigées vers ledit objet lorsque celui-ci est installé à llinté- rieur de la susdite enceinte, ladite enceinte comportant des moyenr de chauffage ou de refroidissement desdites parois. 2. Enceinte selonla revendication 1, et destinée à chauffer ou refroidir un objet cylindrique allongé selon la direction de son axe, caractérisée en ce que la forme, les dimensions et la disposition des éléments en saillie ou ailettes sont telles que ceux-ciWprésentent une répartition sensiblement symétrique et uniforme autour d'un axe qui est noymalement confondu avec l'axe dudit objet, les arêtes des éléments en saillie ou ailettes étant parallèles audit axe. 3. Enceinte selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les arêtes libres des éléments en saillie ou ailettes forment des angles vifs. 4. Enceinte selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits éléments en saillie ou ailettes sont métalliques et sont établis d'une seule pièce, par moulage, avec un organe métallique. 5. Enceinte selon les revendications 2 et 4, caractérisée en ce que ledit organe métallique comprend au moins deux parties séparées selon un plan contenant l'axe de l'enceinte. 6. Enceinte selon la revendication 4, caractérise en ce que l'organe métallique comporte, sur sa paroi extérieure, au moins un support en saillie, ladite enceinte comprenant, en outre, un élément électrique de chauffage ou de refroidissement disposé sur ce support en saillie et une enveloppe isolante extérieure, ou boîtier isolant, entourant l'organe métallique et ledit élément électrique. 7. Enceinte selon les revendications 5 et 6, caractérisé en ce que chaque partie dudit organe métalliQï comporte un susdit support en saillie, un élément électrique de chauffage ou refroidissement étant associé, respectivement, à un support en saillie et en ce que lesdits éléments électriques de chauffage ou refrol dissement occupent au moins une grande partie de la longueur de 1 'enceinte. 8. Enceinte selon la revendication 7 et destinée au chauffage d'un objet de forme cylindrique, caractérisée en ce que chaque élément électrique de chauffage associé à chaque partie dudit organe métallique est une résistance électrique, en ce que lesdites résistances sont alimentées par une même source d'énergie électrique et en ce que ces résistances électriques sont associées en un montage du type parallèle - série. 9. Enceinte selon la revendication 81 caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de commande de l'énergie électrique fournie auxdites résistances électriques, ces moyens de commande comportant des moyens à interrupteurs électroniques et un circuit d'allumage et d'extinction de ces moyens à interrupteurs électroniques, ce circuit étant agencé de façon à fournir aux moyens à interrupteurs électroniques un signal tel que l'énergie délivrée auxdites résistances ait une première valeur lorsque la température de l'objet de forme cylindrique à chauffer est inférieure d'une valeur déterminée à la température désirée pour ledit objet, cette énergie ayant uneseconde valeur, inférieure à la première, lorsque la température de l'objet à chauffer est voisine de ladite température désirée.