Brevet FR2461425A1 — publié le 19810130

La présente invention concerne le chauffage en continu des produits liquides et pâteux conducteurs de l'électricité. Elle s'applique plus particulièrement au préchauffage du béton. On sait en effet que le préchauffage du béton permet un décoffrage plus rapide du béton coulé dans des coffrages, ce qui présente de nombreux avantages, d'où l'intérêt économique des dispositifs de préchauffage du béton. La demanderesse a décrit, dans sa demande de brevet nO 77 ou821 du 24 mars 1977 et le premier certificat d'addition nO 79 074bu Ou '15 mars 197e à cette demande de brevet, des dispositifs de préchauffage du béton. Il s'agissait d'un préchauffage en discontinu dans une benne ou cuve préalablement remplie de béton. Conformément à l'invention, on réalise le chauffage en continu d'un flux de béton. qui est conducteur de l'électricité, ou d'un autre produit liquide ou pâteux conducteur de l'électricité. Un dispositif selon l'invention comprend, en combinaison - un élément tubulaire, réalisé en une matière isolante vis-àvis de l'électricité et ouvert à ses deux extrémités, une des ex extrémités constituant une ouverture d'entrée par laquelle arrive le produit à chauffer, tandis que la seconde extrémité constitue l'ou- verture de sortie pour le produit chauffé, - des pièces allongées réalisées en une matière conductrice de l'électricité et disposées à l'intérieur de cet élément tubulaire;et - des moyens pour porter ces pièces à des potentiels différents pour assurer le passage du courant électrique à travers un produit à chauffer circulant dans ledit élément tubulaire entre son ouver- ture d'entrée et son ouverture de sortie, et donc le chauffage par effet Joule de ce produit. On prévoit généralement trois pièces allongées alimentées en triphasé ou deux pièces allongées alimentées en monophasé. De préférence, l'élément tubulaire est de révolution autour d'un axe et le dispositif comporte trois pièces allongées, sensi blement identiques, disposées symétriquement autour de l'axe de l'élément allongé et pliées à 1200, de manière à laisser une section de passage en forme de Y pour le produit à chauffer. La surfsce.de cette section en forme de Y est avantageusement identique à la surface de la section du tuyau d'amenée du produit à ladite ouverture d'entrée afin d'éviter des variations de pression. Les pièces allongées constituant électrodes sont maintenues en position, à l'intérieur de l'élément tubulaire, par des pièces iso lantes et sont ainsi parfaitement isolées électriquement de l'extérieur de cet élément tubulaire ou -tube. Aux extrémités du tube on prévoit due préférence des pièces de raccordement permettant le raccordement du tube au tuyau d'amenée du produit à l'entrée et au tuyau d'épandage (dans le cas du béton) à la sortie. De telles pièces de raccordement sont conductrices et mises à la terre pour canaliser dans le sol;tmus les courants de fuite Entre ces pièces de raccordement. de -section cylindrique et le canal situé entre les électrodes de section en Y, des pièces en matière 'isolante électriquement sont avantageusement prévues pour servir de guide pour le produit et assurer une surface constante pour le passage de celui-ci. Dans une version simplifiée, ces guides peuvent présenter une forme d'entonnoir dirigeant le produit- à - chauffer à partir de 1 'ouver- ture d'entrée de l'élément tubulaire jusqu'à l'extrémIté amont du canal. Entre le tuyau amenant le produit à chauffer et le tube, on peut prévoir une pièce supplémentaire relativement fragile, formant valve et destinée à empêcher des incidents en cas de bourrage ou de bouchage à l'intérieur du tube. L'alimentation des électrodes se fait de préférence en courant triphasé. Bien entendu, on peut pr-évoir des moyens de- rég.ulat-ion, par exemple à thyristors ou autotransformateurs. pour régler le degré d'échauffement du produitkdans,le dispositif,- en. fonction du débit et de la nature du produit et de l'im;porta-nce d chauffage à réaliser. L'invention pourra, de toute façon, être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit, ainsi que des dessins annexés, lesquels complément et dessins sont, bien entendu, donnés surtout à titre d'indication. - - . La figure 3 illustre en élévatio; l'ensemble du.dispositif doté des perfectionnements selon l'ipvention. La figure 2 représente ce dispos-itif.en -coupe longitudinale. La figure 3 illustre en perspective et avec/arrachement partiel, les guides amenant le produit. à chauffer entre les électrodes. La figure 4 représente en coupe transversale la disposition des pièces conductrices du dispositif. Les figures 5 et 6 illustrent, en perspective, des cales de positionnement de ces pièces conductrices. La figure 7, enfin, illustre schématiquement, en coupe, la disposition des deux électrodes ou pièces allongées dans le cas d'un dispositif selon l'invention alimenté en monophasé. Selon l'invention et plus spécialement selon celui de ses modes d'application, ainsi que selon ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, auxquels il semble qu'il y ait lieu d'accorder la préférence, se proposant, par exemple, de réaliser un dispositif de chauffage électrique, en continu, d'un produit liquide ou pâteux électriquement conducteur, notamment du béton, on s'y prend comme suit ou d'une manière analogue. En se référant tout d'abord aux figures 1 et 2, on voit que le dispositif selon l'invention comprend tout d'abord un élément 'allongé ou tube 1, non conducteur de l'électricité. réalisé par exemple en polychlorure de vinyle. Ce tube comporte une extrémité d'entrée 3 et une extrémité de sortie 4, respectivement pour recevoir le produit à chauffer et évacuer ce produit une fois chauffé: le produit à chauffer est débité par une pompe (non représentée) qui l'envoie par un tuyau dont on a représenté l'extrémité aval 5. Une pièce de sécurité 6 constituant valve relie cette extrémité 5 à l'entrée 3 du tube 1. ou plus exactement à une pièce conductrice 7 constituant raccord et fixant la masse pour le dispositif. Une pièce conductrice 8 analogue est également prévue à la sortie 4 du tube 1, cette pièce 8 permettant de connecter la sortie 4 du tube à un tuyau d'évacuation ou d'épandage 9. Le tube 1 est porté, à partir du sol 10, par des pieds Il; une tablette 12 porte une armoire 13 d'alimentation, de régulation et de protection électrique, dont les quatre câbles de sortie 13a, 13b sont réunis respectivement l'un 13a au neutre du système triphasé (pièces 7 et 8)et à la terre et les trois autres 13b aux trois pièces conductrices ou électrodes de chauffage 14. En se référant maintenant aux figures 3 et 4, on voit que ces pièces 14 sont constituées par des tôles conductrices pliées, ayant une section en V très ouvert, l'angle d'ouverture étant de 1200 (figure 4). Le fluide à chauffer circule de la gauche vers la droite (dans le sens des figures), c'est-à-dire dans le sens de la flèche F, dans le canal 15 dont la section a la forme d'une étoile à trois branches ou d'un Y (figure 4). Des cales 16a, 16b, 16c en matière isolante (figures 2, 3 et 4) maintiennent en position les électrodes 14. Enfin, on prévoit en amont des cales 16a des pièces recourbées 17, de profil sensiblement triangulaire, formant entre elles un entonnoir dirigeant le produit à chauffer depuis la partie amont 18 du tube 1 vers l'entrée 19 du canal 15. Le fonctionnement du dispositif est le suivànt. Le produit à chauffer arrive par l'extrémité 5 du tuyau et, après avoir traversé la valve 6 (qui sert de soupape de sûreté en cas de bouchage ou bourrage du produit à l'intérieur du tube 1, notamment dans le canal 15), il atteint l'intérieur du tube 1 dans la zone 18; il est dirigé par les pièces triangulaires 17 vers le canal 15 qu'il parcourt de la gauche vers la droite (sens des figures). Le produit se trouvant entre les électrodes est parcouru par des courants électriques et se trouve chauffé par effet Joule direct. sont Les trois électrodes 14/alimentées en triphasé à partir de l'armoire 13,qui peut comporter des moyens de régulation, notamment à thyristor ou à autotransformateurs, en fonction du débit et de la nature du produit et de l'augmentation de température à faire subir au produit. Le produit chauffé sort du canal 15 et aboutit dans la zone 20 qu'il quitte par la sortie 4. Les pièces 7 et 8 situées au neutre du système triphasé d'alimentation des électrodes fixent également la masse du système à la terre. On peut prévoir entre l'extrémité aval 21 du canal 15 et la sortie 4 un entonnoir renversé constitué par des pièces (non représentées) telles les pièces recourbées triangulaires 17. mais orientées en sens inverse. Le dispositif qui vient d'etre décrit présente de nombreux avantages. La chaleur est engendrée au sein même du produit, d'où un rendement énergétique très élevé. Le chauffage a lieu en continu, ce qui est un avantage économique et permet de réaliser un chauffage homogène dans le temps. Le chauffage est quasitinstantané: on ne perd, à la mise en route, que le volume situé à l'intérieur du dispositif, ce volume de produit n'ayant pas été correctement chauffé. Le produit est chauffé progressivement et uniformément lors de son déplacement dans le tube. Le fait qu'il n'y ait aucune surchauffe locale peut être intéressant pour le chauffage de produits agro-alimentaires (lait, etc.). Le dispositif selon l'invention s'applique au chauffage des produits homogènes ou hétérogènes du type béton, les lignes de courant préférentielles étant réduites par la circulation du fluide. La puissance électrique appelée est continue (sans-flicker) et elle est relativement constante et indépendante des variations de la résistivité du produit en fonction de la température. Les courants par phase sont équilibrés. L'appareillage est suffisamment simple et robuste pour pouvoir être installé sur un chantier. L'invention s'applique particulièrement au chauffage du béton (résistivité comprise en général entre 300 et 1000 Q cm). mais elle s applique aussi au chauffage d'autres produits, homogènes ou non, Conducteurs de l'électricité. On a effectué les essais suivants avec le dispositif qui vient d'être décrit. La circulation du béton dans le tube chauffant a été obtenue par une pompe à béton alimentée par une toupie. Le béton utilisé était un CPJ 45 dosé à 350 kg, les granulats 0/10 et le slump de 12 cm. Les résultats obtenus avec des électrodes d'un mètre montrent que la puissance appelée est de l'ordre de 150 kW, permettant ainsi d'élever 12,3 m3/H de béton de 160C ou d'élever 3,3 m3/h de béton de 4B C. Pour contrôler les caractéristiques mécaniques en compression du béton, on a préparé douze éprouvettes cylindriques, ainsi que quatre blocs parallélépipédiques, pour des mesures de résistance par la méthode de la vitesse du son. Les résultats à vingt-huit jours ne montrent curieusement aucune différence de résistance mécanique entre les éprouvettes de béton chauffé et les éprouvettes témoins de béton non chauffé,alors que traditionnellement les valeurs sont amoindries de 10-15 % quel que soit le mode de chauffage. Il y a lieu de noter que le béton utilisé était relativement mou et conducteur de l'électricité. Dans une utilisation moins favorable, il peut être nécessaire de mettre en série deux ou plusieurs tubes chauffants selon l'invention. 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 envi sagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. Ainsi, dans le cas d'une alimentation monophasée, le dispositif, objet du brevet, ne comporte que des électrodes plates 14' de chauffage placées dans un élément tubulaire 1', de préférence de forme rectangulaire, et entourant le canal 15' (figure 73. REVENDICATIONS 1. Dispositif de chauffage électrique, en continu, d'un produit liquide ou pâteux, électriquement conducteur, caractérisé en ce qu'il comprend, en combinaison - un élément tubulaire, réalisé en une matière isolante visà-vis de l'électricité et ouvert à ses deux extrémités, une des extrémités constituant une ouverture d'entrée par laquelle arrive le produit à chauffer, tandis que la seconde extrémité constitue l'ouverture de sortie pour le produit chauffé; - des pièces allongées réalisées en une matière conductrice de l'électricité et disposées à l'intérieur de cet élément tubulaire; et - - des moyens pour porter ces pièces à des potentiels diffé- rents pour assurer le passage du courant électrique à travers un produit à chauffer circulant dans ledit élément tubulaire entre son ouverture d'entrée et son ouverture de sortie, et donc le chauffage par effet Joule de ce produit. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément tubulaire est de révolution autour d'un axe. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif comporte trois pièces allongées, sensiblement identiques, disposées symétriquement autour de l'axe longitudinal de l'élément allongé et pliées à 1200, de manière à laisser une section de passage en forme de Y pour le produit à chauffer. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite section en forme de Y est identique à la surface de la section d'un tuyau d'amenée du produit à ladite ouverture d'entrée afin d'éviter des variations de pression. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites pièces allongées constituant électrodes sont maintenues en position, à l'intérieur de l'élément tubulaire, par des pièces isolantes et sont ainsi parfaitement isolées électriquement de l'-extérieur de cet élément tubulaire. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on prévoit, aux extrémités dudit élément tubulaire, des pièces de raccordement permettant le raccordement de celui-ci à un tuyau d'amenée du produit à l'entrée et éventuellement à un tuyau d'épandage à la sortie. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdites pièces de raccordement sont conductrices et mises à la terre pour canaliser dans le sol tous les courants de fuite. 8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'entre les pièces de raccordement et le canal situé entre les électrodes de section en ,Y. on prévoit des pièces en matière isolante électriquement pour servir de guide pour le produit et assurer une surface constante pour le passage de celui-ci. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que lesdites pièces métalliques ont la forme d'un entonnoir dirigeant le produit à chauffer à partir de l'ouverture d'entrée de l'élément tubulaire jusqu'à l'extrémité amont du canal. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on dispose, entre le tuyau amenant le produit à chauffer et l'élément tubulaire, une pièce supplémentaire fragile, formant valve et destinée à empêcher des incidents en cas de bourrage ou de bouchage à l'intérieur de l'élément tubulaire. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'alimentation desdites pièces allongées se fait en courant triphasé. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'alimentation desdites pièces allongées se fait en c-ourant monophasé. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de régulation, notamment à thyristors ou autotransformateurs, pour régler le degré d'échauffement du produit dans le dispositif, en fonction du débit et de la nature du produit et de l'importance du chauffage à réaliser. 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 3 à 13, caractérisé en ce que l'élément tubulaire est de section rectangulaire et que lesdites pièces allongées sont plates.