Brevet FR2530320A1 — publié le 19840120

La présente invention concerne un générateur élec- trique de gaz chaud du type comprenant une enveloppe réfrac- taire isolante de forme allongée munie à l'une de ses extrémités d'une ouverture d'entrée du gaz à chauffer, et à l'autre extrémité d'une ouverture de-sortie du gaz chaud, et une pluralité de résistances électriques de chauffage disposées à l'intérieur de l'enveloppe suivant une direction transversale de celle-ci. Un-générateur électrique de gaz chaud du type précité est connu depuis longtemps, notamment dans les installations de chauffage domestique L'extension de son domaine d'utili- sation à des applications industrielles a rencontré un certain nombre de difficultés. Le rendement d'un tel générateur s'est révélé très médiocre Cet inconvénient résulte du fait que le chauffage n'est pas homogène dans une mime section transversale de l'en- veloppe Cela résulte également du fait que le gaz circulant à l'intérieur de l'enveloppe voit sa température augmenter au fur et à mesure de sonécoulement tandis que les résistances qu'il balaie sont chauffées de manière uniforme Les transferts thermiques ne s'effectuent pas de manière rationnelle Il de- vient alors impossible d'atteindre des températures élev 6 Gs. L'invention a surtout pour but de remédier aux incom Ve- nients précités. Elle consiste essentiellement à prévoir autour de cha- que résistance, une pluralité de tubes morts que ladite résis- tance chauffe par rayonnement, tandis que le gaz balayant la surface desdits tubes morts est chauffé par convection, de -la même façon qu'il est chauffé lorsqu'il balaye les parois internes de l'enveloppe Elle consiste en outre à réaliser un agencement des résistances suivant une disposition permet- tant d'assurer une chauffe rationnelle. L'invention a plus précisément pour objet un générateur électrique de gaz chaud comprenant une enveloppe réfractaire isolante de forme allongée munie à l'une de ses extrémités d'une ouverture d'entrée du gaz à chauffer, et à l'autre extrémité d'une ouverture de sortie du gaz chaud, et une plu- ralité de résistances électriques de chauffage disposées à -2- l'intérieur de l'enveloppe suivant une direction transversa- le de celle-ci, caractérisé en ce que chaque résistance est entourée par une pluralité de tubes morts chauffés par rayon- nement. Les résistances sont répartis en plusieurs groupes, les résistances d'un même groupe étant alimentées électrique- ment en parallele, et le nombre de résistances de chaque groupe augmentant d'un groupe au suivant dans le sens de circulation du gaz On peut, par exemple, prévoir trois groupes de résis- tances ayant respectivement cinq, sept et neuf résistances. Avantageusement, il sera prévu, entre le groupe compre- nant le plus grand nombre de résistances et l'ouverture de sor- tie de gaz chaud, un faisceau de tubes morts disposés suivant une direction transversale de l'enveloppe. Les tubes morts sont disposés, de préférence, paralléle- ment aux résistances Les résistances pourront être montées verticalement suspendues à l'intérieur de l'enveloppe, cette dernière 4 tant disposée horizontalement. Les résistances peuvent être constituées par des spirales doublos en carbure de siliciums d'une seule pièce Les tubes or-s opeuvent aussi être réalisés en carbure de silicium. g_ vant un mode de réalisation particulier, deux tubes morts sont disposés de part et d'autre de chaque résistance dans le plan trallsversal contenant ladite résistance avec jquelle ils définissent une première rangée, et une deuxième :angée formée de trois tubes morts est disposée dans un autre plan transversal séparé du précédent d'une distance sensible- ment Égale A l'écart existant entre chaque tube mort de la première rangée et la résistance de ladite première rangée et -0 à la moitié de l'intervalle séparant deux résistances succes- 3 ives du même groupe. Le générateur de l'invention comporte un système de régu- lation de la température de sortie du gaz chaud comprenant une pluralité de thyristors, soit un thyristor par groupes de résistances, chaque thyristor contrôlant l'alimentation du groupe de résistances auquel il est associé Il comporte,en outre, un système de sécurité qui interrompt le chauffage lorsque l'é- cart de puissance entre l'alimentation de deux groupes de résistances dépasse une valeur prédéterminée. Dans le cas o le générateur comprend trois groupes de résistances, chaque groupe pourra être alimenté par une phase d'une source triphasée, le système de régulation comportant trois thyristors à commande d'angle déphasée et le système de sécurité étant prévu pour détecter l'écart de puissance entre les phases. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui suit, faite en regard des dessins annexés, concernant une forme de réalisation particulière de l'invention donnée à titre d'exemple non limitatif. La figure 1 représente-le générateur en élévation sui- vant une coupe axiale. La figure 2 représente le générateur en plan suivant une coupe axiale. La figure 3 en est une coupe transversale. La figure 4 est un schéma illustrant l'agencement des tubes morts autour de deux résistances voisines. La figure 5 est un schéma électronique du système de régulation de la température de sortie du gaz chaud. Sur les figures 1 à 3, le repère 1 désigne l'enveloppe du générateur de gaz chaud Cette enveloppe présente la forme d'un parallélépipède rectangle dont les parois, formées de deux couches de béton réfractaire et isolant, délimitent le passa- ge du gaz entre une ouverture d'entrée 2 et une ouverture de sortie 3, respectivement-aménagées aux deux extrémités de l'enveloppe 1. Suivant une forme particulière de réalisation, le paral- lélépipède rectangle précité a les dimensions suivantes 5 m de long, 1 m de large et 1,20 m de haut Les dimensions du passage des gaz sont les suivantes: 5 m de long, 0,30 m de large et 0,60 m de haut Ces dimensions ne prennent pas en compte les parties d'extrémité raccordant le corps de l'enveloppe aux ouvertures 2 et 3. A l'intérieur de l'enveloppe 1, des résistances électri- ques, telles que 4, sont disposées suivant une direction trans- versale, de préférence dans le plan vertical médian de ladite enveloppe Ces résistances sont alors montées verticalement -4- suspendues Chaque résistance 4 réalisée en carbure de sili- cium, présente la forme d'une spirale double en une seule pièce Chaque résistance 4 est entourée de tubes morts, tels que 5, également réalisés en carbure de silicium dont la forkcr tion consiste à transmettre au gaz la chaleur reçue par rayon- nement des résistances 4 Les tubes 5 sont avantageusement encastrés à leurs extrémités dans les parois inférieure et supérieure de l'enveloppe 1 disposée horizontalement. La figure 4 montre les dispositions relatives de deux résistances 4 voisines et des tubes morts 5 qui les entourent. Deux tubes morts 5 a et 5 b sont disposés de part et d'autre de la résistance 4 ', parallèlement à celle-ci, dans le même plan transversal de l'enveloppe 1 contenant ladite résistance avec laquelle ils définissent une première rangée. Une deuxième rangée formée de trois tubes morts 5 c, 5 d et e est aménagée dans un autre plan transversal Le tube 5 c est disposé en regard du tube 5 a, le tube 5 e en regard du tube 5 b, tandis que le tube 5 d est disposé en regard de la résistance 4 ' à laquelle tous ces tubes sont parallèles La distance A séparant les deux plans transversaux précités est sensiblement égale à l'écart B existant entre chaque tube mort a et 5 b et la résistance 4 ', Elle est bien entendu égale à l'écart existant entre les tubes 5 c, 5 d et 5 e de la deuxième rangée La distance A est par ailleurs sensiblement égale à la moitié de l'intervalle C séparant les deux résis- tances successives 4 ' et 4 ' La disposition que l'on vient de décrire est, bien entendu, répétitive. Dans le cas de la forme de réalisation précitée, chaque tube 5 a un diamètre de 54 mm et une longueur de 710 mm, tandis que les dimensions de chaque résistance 5 sont les suivantes: diamètre: 54 mm - longueur totale: 1 092 mm longueur de la partie chauffante: 610 mm Suivant une caractéristique particulièrement importante de l'invention, les résistances 4 sont réparties en plusieurs groupes, les résistances d'un même groupe étant électrique- ment alimentées en parallèle Le nombre de résistances d'un -5- même groupe augmente d'un groupe au suivant dans le sens de la circulation du gaz entre les ouvertures 2 et 3 de l'envelop- pe 1. Dans le cas de l'e,,temple représenté, il est prévu trois grou- pes G 1,G 2 G 3 ayant respectivement 5,7,9 résistances agencées comme précédemment indiqué Dans chaque groupe les résistan- ces 4 sont alimentées en parallèle, tandis que les groupes G 1, G 2,G 3, sont également alimentés en parallèle, par exemple par une source électrique triphasée. Le nombre variable de résistances 4 par groupe prend en compte le -fait que la température du gaz augmente de l'entrée vers la sortie, et que par conséquent la puissance que peut dissiper chaque résistance 4 diminue de l'amont vers l'aval, compte tenu de la température maximale admissible pour les résistances 4 (environ 16501 C en atmosphère oxydante) On doit également remarquer que cette température maximale dépend de la valeur de chaque résistance qui peut varier dans le temps. Il est prévu par ailleurs, entre le groupe G 3 à 9 résis- tances et l'ouverture de sortie 3 du gaz, un faisceau F uni- quement constitué par des tubes morts 5 Ce faisceau qui com- prend par exemple 18 tubes morts est agencé d'une manière ana- logue aux groupes précédents, soit six rangées de trois tubes parallèles aux tube 5 qui entourent les résistances 4 La fonction des tubes 5 de ce faisceau est d'assurer une parfaite homogénéisation de la température de sortie. La puissance est en définitive délivrée par 21 résis- tances 4 Ces résistances, les tubes morts, ainsi que les parois du passage de l'enveloppe 1, définissent la totalité de la surface de transfert de chaleur sur laquelle le gaz vient s'échauffer par convection On voit que cette surface est con- sidérablement augmentée par rapport à l'art antérieur Il en résulte une augmentation de la puissance fournie par les résis- tances 4. La figure 5 représente, de façon schématique, le système de régulation de la température de sortie Ce système comprend une pluralité de thyristors, à savoir un thyristor par groupe de résistances 4, chaque thyristor contrôlant l'alimentation du groupe de résistances auquel il est associé. En référence à l'exemple que l'ton vient de décrire, les -6- thyristors T 1 i T 2 et T 3 contrôlent respectivement les résis- tances 4 des groupes G 1, G 2 et G 3 Les thyristors sont alimen- tés en parallèle, par exemple par une phase d'une source triphasee, comme précédemment indiqué On fait alors appel à des thyristors à commande d'angle déphasée Un thermomètre T mesure la température du gaz à la sortie du générateur, et il envoie un signal représentatif de cette température à un comparateur CT, lequel compare la valeur de ladite température a une valeur de consigne Le comparateur CT délivre un si- i O gnal d'écart à chaque thyristor T 1, T 2, T 3 respectivement relié aux groupes G 1, G 2, G 3 de résistances 4 dont l'alimen- tation est régulée de façon classique. Un système de sécurité S, connu en soi, et prévu pour interrompre le chauffage lorsque l'écart de puissance entre l'alimentation de deux groupes de résistances dépasse une valeur prédéterminée Ce système S est relié aux thyristors Ti T 2, T 3 par l'intermédiaire d'un wattmètre, respectivement w 1 ' W 2, W 3 Le sjystème de sécurité S compare les puissances mesurées par lesdits wattmètres et émet, le cas échéant, un signal de sécurité apte à agir sur un interrupteur (non repre- senté) en vue de couper l'alimientation électrique Dans le cas d'une alimentation par les trois phases d'une source trlphasée, le système de sécurité S compare les écarts de puissance entre les différentes phases (détection de discor- dance). On peut alimenter séparément chaque groupe G 1, G 2, G 3. On peut aussi alimenter le groupe G 1 directement par un signal provenant du traitement de l'écart mesure consigne de la température Les groupes G 2 et G 3 peuvent alors être pilotés -0 indirectement par ledit signal par l'intermédiaire d'un potentiomètre qui permet d'obtenir l'égalité de puissance sur les trois phases de la source triphasée. Bien que l'invention ait été décrite en référence à une forme particulière de réalisation, il va de soi qu'elle n'y est en rien limitée, et que des modifications peuvent lui être apportées sans sortir de son domaine. On pourra modifier les dimensions données à titre d'ex- emple en vue de modifier corrélativement la puissance requise. -7 - On pourra pour des dimensions données modifier le nombre de résistances et de tubes morts ainsi que le 'nombre de groupes. Il est également possible de répartir les tubes morts autour des résistances d'une façon autre que celle décrite. Il va de soi que l'on pourra remplacer l'un quelconque des moyens décrits par un moyen techniquement équivalent. L'invention couvre donc, outre l'exemple représenté, ses différentes variantes d'exécutiôn. -8 25303 i O REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I 0 N S 1 Générateur électrique de gaz chaud comprenant une enve- loppe réfractaire isolante de forme allongée ( 1) munie à l'une de ses extrémités d'une ouverture d'entrée ( 2) du gaz A chauffer, et à l'autre extrémité d'une ouverture de sortie ( 3) du gaz chaud, et une pluralité de résistan- ces électriques de chauffage ( 4) disposées à l'intérieur de l'enveloppe suivant une direction transversale de celle-ci, caractérisé en ce que chaque résistance ( 4) est entourée par une pluralité de tubes morts ( 5) chauf- fées par rayonnement. 2 Générateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les résistances ( 4) sont réparties en plusieurs groupes (G 1, G 2, G 3), les résistances d'un même groupe étant alimentées électriquement en parallèle, et le nombre de résistances de chaque groupe augmentant d'un groupé au suivant dans le sens de circulation du gaz. 3 Générateur suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les tubes morts ( 5) sont disposés parallèlement aux résistances. 4 Générateur suivant l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il est prévu, entre le groupe (G 3) comprenant le plus grand nombre de résistances et l'ouver ture de sortie ( 3) du gaz chaud, un faisceau (F)de tubes morts ( 5) disposés suivant une direction transver- sale de l'enveloppe ( 1). Générateur suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les tubes morts ( 5) dudit faisceau (F) sont dispo- sés parallèlement aux résistances ( 4). 6 Générateur suivant l'une des revendications 1 à 5, carac- térisé en ce que les résistances ( 4) sont montées verti- calement suspendues A l'intérieur de l'enveloppe ( 1), cette dernière étant disposée horizontalement. 7 Générateur suivant l'une des revendications 1 A 6, carac- térisé en ce que chaque résistance ( 4) est constituée d'une spirale double en carbure de silicium d'une seule pièece. 8 Générateur suivant l'une des revendications 1 à 6, carac- térisé en ce que chaque tube mort ( 5) est réalisé en _ 9 _ 2530320 carbure de silicium. 9 Générateur suivant l'une des revendications 3 à 7, carac- t 6 risé en ce que deux tubes morts ( 5 a, 5 b) sont disposés de part et d'autre de chaque résistance ( 4 ') dans le plan transversal contenant ladite résistance avec laquelle ils définissent une première rangée, et en ce qu'une deuxième rangée formée de trois tubes morts( 5 c, 5 d, 5 e) est dispo- sée dans un autre plan transversal séparé du précédent d'une distance sensiblement égale à l'écart (B) existant entre chaque tube mort de la première rangée et la résis- tance de ladite première rangée,et à la moitié de l'inter- valle (C) séparant deux résistances successives du même groupe. Générateur suivant la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte trois groupes de résistances (G 1, G 2 et G 3) ayant respectivement cinq, sept et neuf résistances. 11 Générateur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu 'il comporte un système de régulation de la température de sortie du gaz chaud comprenant une pluralité de thyristors (T 1, T 2 et T 3), soit un thyristor par groupe de résistances, chaque thyristor contriant l'alimentation du groupe de réaistances (Gt, G 2 G 3) auquel il est associé 12 Générateur suivant la revendication 11, caracterisé en ce qu'il cemporte, en outre, un système de sécurité (S) qui interroimpt le chauffage lorsque l'écart de puissance entre l'alimentation de deux groupes de résistances dépasse une valeur prédéterminée. 13 Générateur suivant la revendication 11, comprenant trois groupes de résistances (Gi, G 2, G 3), caractérisé en ce 2 3 que chaque groupe est alimenté par une phase d'une source triphasée, et en ce qu'il est prévu un ensemble de trois thyristors (T 1, -T 2, T 3), à commande d'angle déphasée. 14 Générateur suivant les revendications 12 et 13, caracté- risé en ce que le système de sécurité (S) est prévu pour détecter l'écart de puissance entre les différentes phases.