Brevet FR2513776A1 — publié le 19830401

La présente invention concerne un dispositif de contrôle de la température d'un fluide et, plus particuliè- rement un dispositif de contrôle de la température d'un flui- de qui est maintenu a l'état d'agitation. On connait dans l'art antérieur des dispositifs permettant d'agiter ou d'animer de mouvements des fluides liquides ou gazeux, dans lesquels on désire procéder au con- tr 8 le de la température du fluide en mouvement ou agité Ty- piquement, de tels dispositifs comprendront un agitateur ou roue pour effectuer le mouvement souhaité du fluide, et des éléments de chauffage ou de refroidissement permettant de contrôler la température désirée. Dans des fours comportant un ventilateur de circu- lation d'air,par exemple, la chaleur est fournie par des éléments chauffants classiques montés dans le four, éléments qui sont fréquemment placés dans ses parois De même, dans d'autres appareils de ce type, tels que des réservoirs de liquide équipés d'agitateurs, les climatiseurs, les séchoirs, les appareils de chauffage et de refroidissement mobiles et analogues, on utilise des éléments chauffants ou des élé- ments de refroidissement séparés en contact avec le fluide, ces éléments étant fréquemment installés dans les parois de l'enceinte ou de la chambre renfermant le fluide ou que le fluide traverse ' 2. Dans un appareil de ce type, il est la plupart du temps difficile d'obtenir un bon transfert de la cha- leur se dirigeant vers le fluide ou en provenant De plus, il n'est pas aisé d'obtenir une température véritablement uniforme dans la totalité du fluide, ce qui se traduit sou- vent par la présence de points chauds En outre, la défàil- lance ou le mauvais fonctionnement, soit de l'agitateur, soit du moyen de chauffage/refroidissement peuvent se tra- duire par une surchauffe ou un sur-refroidissement du flui- de à moins que des mécanismes de couplage ou de coupure ap- propriés ne soient prévus entre ces éléments Enfin, le moyen d'agitation et le moyen de chauffage/refroidissement utilisé dans un équipement classique de cette nature provo- quent souvent une croissance excessive des coûts de fabrica- tion de l'équipement, ainsi que de ses coûts d'exploitation. Un objet de la présente invention est, par consé- quent, un dispositif permettant le contrôle de la températu- re d'un fluide dans lequel la chaleur est transférée d'une manière plus efficace alors que, simultanément, une réparti- tion sensiblement uniforme de la température est assurée. Un autre objet de la présente invention est un dispositif de contrôle de la température d'un fluide, qui est compact et d'une fabrication et d'un fonctionnement moins coûteux que les appareils actuellement disponibles. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci-joints dans lesquels: La figure 1 est une vue schématique en coupe ver- ticale de la moitié droite d'un ensemble comportant un ven- tilateur selon la présente invention; et La figure 2 est une vue schématique en coupe ver- ticale d'un four à circulation d'air qui incorpore l'ensem- ble de ventilation représenté en figure 1. Pour remplir les objets précédents, la présente invention prévoit un dispositif de contrxle de la températu- re d'un fluide et comprend un agitateur disposé de manière à agiter le fluide, agitateur auquel est associé un moyen de chauffage ou de refroidissement placé de manière à per- 3. mettre un échange de chaleur avec le fluide par l'intermé- diaire de la surface de l'agitateur, Le fluide dont la tem- pérature est contrôlée par chauffage, refroidissement ou maintien à une valeur constante peut être un gaz, un liqui- de ou un solide fluidisé. L'agitateur qui peut être un ventilateur pour la mise en circulation d'un gaz ou, en variante, un rotor ou autre moyen d'agitation pour liquide, comportera typiquement une pluralité de pales, Ces pales comprendront des éléments chauffants électriques, ou, en variante, des canaux dans lesquels circulera un milieu d'échange de chaleur pour ef- fectuer le chauffage ou le refroidissement En cas d'utili- sation d'éléments chauffants électriques, ceux-ci peuvent être reliés à une source extérieure d'énergie électrique ou être connectés à un générateur entraîné par un moteur d'en- tratnement du ventilateur Dans ce dernier cas, les éléments chauffants ne fonctionneront que lorsque le rotor est mis en rotation, de sorte que le dispositif sera effectivement auto-protégé ou à sécurité positive De plus, on peut pré- voir un moyen contigu aux pales pour comprimer le fluide, ce qui se traduira par un meilleur transfert de chaleur. Le dispositif de la présente invention convient particulièrement aux fours Ces fours comprennent de préfé- rence un logement en combinaison avec l'appareil à agita- teur tel que décrit,l'agitateur étant situé à l'intérieur du logement et entratné par un moteur se trouvant à l'exté- rieur de celui-ci De tels fours peuvent comporter une cham- bre intérieure, située à une certaine distance du logement extérieur, lavec l'agitateur placé dans cet espace *de sépa- ration L'agitateur sera positionné de façon à aspirer le gaz de la chambre intérieure, à effectuer un échange de cha- leur avec le gaz, puis à ramener le gaz dans la chambre in- térieure Des agencements similaires peuvent être utilisés avec des appareils d'agitation et de contrôle de températu- re de fluides liquides, Grâce au dispositif de la présente invention, une répartition uniforme de la température dans l'ensemble du fluide -est obtenue avec des taux d'échange de chaleur 4. particulièrement efficace, car il y a une dissipation de cha- leur plus grande par unité de surface de l'élément chauffant. Ainsi, la zone de rayonnement peut être réduite et une sour- ce de chaleur plus petite utilisée De plus, le transfert sensiblement total de chaleur au fluide en mouvement se tra- duit par une élimination sensiblement complète des points chauds et l'absence de rampes d'éléments chauffants/refroi- dissants par une réduction de la chute de pression dans le dispositif En outre, dans des applications o l'on souhaite un contrôle directionnel du fluide, cela est plus facilement obtenu avec le dispositif de la présente invention En outre, l'utilisation d'un seul ensemble pour obtenir le mouvement et le contrôle de la température du fluide permet d'obtenir un système meilleur marché, ainsi que de dimensions plus pe- tites, d'oi une économie d'espace et une réduction du poids. En outre, la consommation d'énergie est moins grande et la standardisation simplifiée, ce qui permet de réduire les colts et de faciliter l'entretien D'autres économies seront réalisées en employant une transformation de puissance in- corporée dans l'appareil. Plus spécifiquement, dans la présente invention, l'ensemble représenté en-figure 1 comprend un moteur électri- que 11 équipé d'un arbre d'entratnement creux 12, à l'extré- mité inférieure duquel est monté un ventilateur 13 Le mo- teur 11 est alimenté par un agencement à collecteur 14 et relié à un bouchon 15 d'isolation thermique au moyen d'une plaque 16 qui supporte une poignée de levage 17. L'arbre 12 tourne dans le moteur 11 sur un palier lisse 18 et supporte une plaque de dissipation de chaleur 19 qui s'étend radialement entre le moteur 11 et le bouchon 15. Le ventilateur 13 comprend six ailettes 21, dont une seule est représentée, Chaque ailette 21 porte une pale 22 qui renferme un élément chauffant électrique représenté schématiquement par le pointillé 23 Dans le présent mode de réalisation de l'invention, les pales 22 sont en matériau dit CHROMALOX, L'élément chauffant 23 est alimenté en courant par l'intermédiaire des cables 24 résistant à la chaleur qui sont connectés à la même source que le moteur 11 Dans le pré- 5. sent mode de réalisation de l'invention, les câbles sont en matériau dit PYROTENEX La quantité de chaleur qui est transmise au moteur 11 par l'arbre 12 est réduite à un ni- veau acceptable par la plaque de dissipation 19. La figure 2 représente l'ensemble de la figure 1, alors qu'il est incorporé dans un four à circulation d'air qui dans le cas présent est un four de recuit à basse tempé- rature fonctionnant à une température allant jusqu'à 700 WC. Le four comprend une enceinte extérieure consti- tuée de deux couches de matériau réfractaire pour assurer l'isolation thermique, et une chambre intérieure 32 en acier inoxydable 18/8 L'enceinte 31 comporte une ouverture dans sa paroi supérieure qui est obstruée par le bouchon isolant Le moteur 11 et le ventilateur 13 se trouvent dans des positions telles que le moteur 11 est à l'extérieur et au- dessus de l'enceinte 31 et le ventilateur 13 à l'intérieur du logement 31 mais au-dessus de la chambre 32 Le four re- pose sur des pieds 33, dont deux seulement sont représentés. La chambre 32 est fixée à l'enceinte 31 et située à une certaine distance de tous les côtés de celle-ci, ce qui crée un espace 34, La chambre 32 comporte une ouverture dans sa surface supérieure immédiatement audessous du ventilateur 13, alors que sa base se présente sous la forme d'un tamis 36. En marche, le moteur 11 et les éléments chauffants 23 des pales 22 sont alimentés en énergie électrique, Par conséquent, pendant la rotation du ventilateur 13, les pales 22 chauffent l'air les entourant immédiatement et provoquent un mouvement de l'air vers l'extérieur et vers le bas dans le sens des flèches A,dans l'espace 34 séparant la chambre 32 de l'enceinte 31, Pour remplacer cet air chaud, de l'air est entratné dans la chambre intérieure 32 dans le sens des flè- ches B, ainsi que dans l'ouverture 35 Ce dernier air est alors remplac 6 par l'air chauffé précédemment qui se dépla- ce dans l'espace 34 et entre dans la chambre 32 en passant par le tamis 36, On voit ainsi que l'air du four est chauf- fé et mis en circulation par le ventilateur 13, chauffant ainsi le four et le contenu de la chambre 32. 6. Bien que non représenté, il peut y avoir des dé- flecteurs dans l'espace 34 de façon à obtenir une circula- tion d'air ayant la configuration souhaitée En outre, un système de contrôle (non représente) est associé au four, qui comprend un certain nombre de capteurs de température en di- vers endroits du four, ces détecteurs étant reliés à un con- trôleur Le contrôleur règle l'alimentation du moteur il et des éléments chauffants 23 en fonction de la température souhaitée et de la température détectée par les capteurs, de sorte que le degré de circulation et la quantité de cha- leur fournie peuvent être augmentés ou diminués dans le but d'obtenir une répartition uniforme de la température au ni- veau désiré. Bien que l'on préfère que le moyen de chauffage ou de refroidissement soit situé à l'intérieur de l'agitateur, par exemple dans les pales d'un agitateur du type ventila- teur, on notera que le moyen de chauffage ou de refroidisse- ment peut constituer une partie de la surface de l'agitateur. Le moyen de chauffage et de refroidissement peut, en varian- te, être situé sur la surface de l'agitateur, constituant ainsi une partie de la surface de l'agitateur servant à l'échange de chaleur. Les matériaux dits CHRONALOX et PYROTENEX dont il a été question ci-dessus sont des marques déposées de maté- riaux et comprennent un élément chauffant à l'intérieur d'une gaine résistant à la chaleur, avec un matériau isolant tel que le mica placé entre. La présente invention n'est pas limitée aux exem- ples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. 7. REVENDICATIONS 1 Dispositif de contrôle de la température d'un fluide, caractérisé en ce qu'il comprend un agitateur dis- posé de manière à agiter le fluide, cet agitateur compor- tant un moyen de chauffage ou de refroidissement monté de façon à effectuer un échange de chaleur avec le fluide par l'intermédiaire de sa surface. 2 Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'agitateur est un ventilateur provoquant la circulation d'un gaz. 3 Dispositif selon la revendication 2, caracté- risé en ce que le ventilateur comporte des pales qui renfer- ment des éléments chauffants électriques. 4 Dispositif selon la revendication 3, caracté- risé en ce que les éléments sont connectés à une source exté- rieure d'énergie électrique. Dispositif selon la revendication 3, caracté- risé en ce que les éléments sont connectés à un générateur solidaire d'un moteur d'entraînement du ventilateur. 6 Four comprenant une enceinte extérieure en combinaison avec un agitateur selon les revendications 1, 2, 3,4 ou 5, caractérisé en ce que l'agitateur est situé à l'in- térieur de l'enceinte et est entraîné par un moteur monté à l'extérieur de celle-ci. 7 Four comprenant une enceinte extérieure, une chambre intérieure située à une certaine distance de l'en- ceinte extérieure,et un agitateur selon les revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il est placé dans l'espace séparant la chambre de l'enceinte et disposé de façon à aspirer du gaz dans la chambre intérieure de maniè- re à effectuer un échange de chaleur avec le gaz et à rame- ner le gaz dans la chambre intérieure.