Brevet FR2544473A1 — publié le 19841019

La présente invention concerne un procédé de transformation et de régulation statique permettant le chauffage direct et la régulation plus précise en température d'un fluide caloporteur ainsi que l'installation pour sa mise en oeuvre. Les dispositifs existants employés pour chauffer un liquide caloporteur à une température déterminée nécessitent un ensemble de matériels et d'équipements complexes électro-mécaniques, pneumatiques ou à action hydraulique occasionnant, de ce fait, des pertes de rendement, un vieillissement prématuré, des inerties importantes ainsi qu'une maintenance complexe. Le présent procédé tend à obvier aux inconvénients précités par le fait qu'on transfère la chaleur dégagée par un corps de chauffe électrique statique par conduction à un liquide caloporteur, par le fait qu'on alimente ce corps de chauffe en énergie électrique par l'intermédiaire d'un interrupteur statique à semi-conducteur et par le fait qu'on commande cet interrupteur par un dispositif électronique de commande en fonction de la température du liquide caloporteur mesurée en aval dudit corps de chauffe. L'installation pour la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention se distingue par le fait qu'elle comporte une enceinte remplie d'un liquide caloporteur et une pompe provoquant la circulation de ce liquide dans cette enceinte ; un corps de chauffe électrique en contact avec le liquide caloporteur soit directement soit par l'intermédiaire de ladite enceinte, un détecteur de température captant la température du liquide caloporteur en aval dudit corps de chauffe , un interrupteur statique à semi-conducteur branché dans l'alimentation électrique du corps de chauffe et un dispositif de commande électronique de cet interrupteur piloté par le signal délivré par ledit détecteur de température. L'invention a encore pour objet une utilisation particulière de l'installation décrite au chauffage et à la régulation précisée en température d'un liquide ou semiliquide alimentaire. Le dessin annexé illustre schématiquement et à titre d'exemple deux formes d'exécution de l'lnstallatlon pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. La figure 1 illustre une installation dans laquelle le corps de chauffe est en contact direct avec le liquide caloporteur, ce dernier circulant dans un circuit fermé, et la figure 2 illustre une installation dans laquelle le corps de chauffe est en contact indirect avec le liquide caloporteur, celui-ci circulant dans un circuit ouvert. Selon le présent procédé, on transfère la chaleur dégagée par un corps de chauffe électrique soit directement, soit indirectement au travers de la paroi d'une enceinte, à un liquide caloporteur circulant dans cette enceinte. L'alimentation en énergie électrique du corps de chauffe est réalisée à l'aide d'un ou plusieurs interrupteurs statiques à semi-conducteurs, tels que des thyristors, commandés par un dispositif électronique statique, pilotés par le signal délivré par un détecteur de température mesurant la température du liquide caloporteur en aval du corps de chauffe. La commande est obtenue par une modulation en continu de la puissance par l'intermédiaire d'un régulateur électronique P.I.D. (Proportionnel Intégral Différentiel). La température est captée directement dans le fluide par l'intermédiaire d'une sonde PT 100 ohms ou autre. La commande des thyristors se fait par paquets d'alternances entières. Les thyristors ne sont déclenchés qu'au passage à zéro de la tension alternative alimentant les éléments chauffants fournissant une puissance variant d'une façon continue de O à 100 %. Ce procédé permet de réduire au maximum la différence de température entre les éléments chauffants et le fluide caloporteur à chauffer, ce qui réduit d'une manière importante les problèmes d'encrassement et les dépôts dûs aux surchauffes éventuelles, allongeant la durée de-vie des éléments chauffants. Cela entraîne également une réduction des pertes thermiques. Ce procédé est particulièrement intéressant puisqu'il assure non seulement la fourniture en énergie, mais également une régulation très précise de cette énergie ; la température du liquide caloporteur peut être réglée à 0,3 degré près. L'avantage de ce procédé réside principalement dans le fait qu'un générateur ainsi réalisé peut être placé à proximité immédiate du poste d'utilisation, évitant ainsi les pertes inhérentes au transport d'énergie, le générateur pouvant en plus être arrêté ou remis en marche à la volonté de l'utilisateur. La première forme d'exécution de l'installation pour la mise en oeuvre du procédé décrit est illustrée à la figure 1. Elle comporte une enceinte 1 dont l'entrée 2 est reliée par un conduit 3 à la sortie d'une pompe 4. La sortie 5 de cette enceinte est reliée à l'entrée du circuit primaire 6 d'un échangeur de chaleur, dont la sortie est reliée à l'entrée de la pompe 4. Un vase d'expansion 7 est prévu pour absorber la variation de volume du liquide caloporteur 8 remplissant l'enceinte 1 et le circuit hydraulique 3, 4, 6. L'enceinte 1 et le circuit hydraulique sont calorifugés pour éviter toute déperdition d'énergie autre que celle résultant de l'échangeur de chaleur, dont le secondaire (non illustré) est branché dans un circuit hydraulique d'utilisation. Un corps de chauffe 9 est immergé dans l'enceinte 1 et est en contact direct avec le liquide caloporteur 8. L'alimentation en énergie électrique de ce corps de chauffe s'effectue par l'une des extrémités de l'enceinte 1 où le corps de chauffe, ou ses conducteurs électriques traversent cette enceinte. Le corps de chauffe est relié à une source de puissance électrique 10, par exemple au réseau de distribution par un interrupteur-manuel marche-arrêt 11 et par un interrupteur statique à semi-conducteur tel que des thyristors commandés 12. La commande de l'interrupteur à semi-conducteur est réalisée par un dispositif électronique comportant un régulateur 13,par exemple du type existant dans le commerce "Thermel-phonix 96 No 11877", dont la sortie commande la conduction ou l'arrêt du ou des thyristors par l'intermédiaire d'un modulateur d'allumage 14 provoquant le changement d'état du thyristor uniquement aux passages à zéro du courant alternatif d'alimentation pour éviter toute surtension lors de la commutation. Le régulateur 13 est piloté par le signal de sortie d'un détecteur de température 15 plongeant dans le courant du liquide caloporteur en aval du corps de chauffe 9. L'alimentation du corps de chauffe 9, et donc sa production de chaleur, est commandée directement par la température du liquide caloporteur, de façon très précise à quelques dixièmes de degré centigrade près et donc en fonction de la quantité de chaleur utilisée par le circuit secondaire de l'échangeur 6. Dans la seconde forme d'exécution de l'installation illustrée à la figure 2, le corps de chauffe 9 est situé autour de l'enceinte 1 dans laquelle s'écoule le liquide caloporteur 8 qui dans cette exécution est directement le liquide ou le semi-liquide d'utilisation. Le corps de chauffe 9 est donc en contact avec ce liquide par llinter- médiaire de l'enceinte 1 qui est en un matériau bon conducteur de la chaleur. Un calorifugeage 16 évite toute dispersion de chaleur. La commande de l'alimentation du corps de chauffe 9 se fait comme dans la première forme d'exécution décrite et ses éléments portent les mêmes chiffres de référence. Cette forme d'exécution est particulierement bien adaptée pour le chauffage, les traitements thermiques, la pasteurisation ou la stérilisation de liquides ou semiliquides alimentaires. Dans toutes les formes d'exécution, la puissance électrique délivrée au corps de chauffe est réglée par tout ou rien et peut varier entre O et 100 7 suivant le temps de conduction des thyristors. Cette manière de faire permet d'obtenir une grande précision de la régulation de la température du liquide caloporteur, d'éviter toute surchauffe de celui-ci et d'avoir un temps de réponse très bref -REVENDICATIONS- 1. Procédé statique de transformation et de régulation d'énergie électrique en énergie thermique, caractérisé par le fait qu'on transfère la chaleur dégagée par un corps de chauffe électrique statique (9) par conduction à un liquide caloporteur (8), par le fait qu'on alimente ce corps de chauffe (9) en énergie électrique par l'intermédiaire d'un interrupteur statique à semi-conducteur (12) et par le fait qu'on commande cet interrupteur (12) par un dispositif électronique de commande (13, 14) en fonction de la température du liquide caloporteur (8) mesurée en aval dudit corps de chauffe. 2. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle comporte une enceinte (1) remplie d'un liquide caloporteur (8) et une pompe (4) provoquant la circulation de ce liquide (8) dans cette enceinte (1) ; un corps de chauffe électrique (9) en contact avec le liquide caloporteur (8) soit directement,soit par l'intermédiaire de ladite enceinte (1), un détecteur de température (15) captant la température du liquide caloporteur (8) en aval dudit corps de chauffe (9) un interrupteur statique (12) à semi-conducteur branché dans l'alimentation électrique du corps de chauffe (9) et un dispositif de commande électronique (13, 14) de cet interrupteur (12) piloté par le signal délivré par ledit détecteur de température (15). 3. Installation selon la revendication 2, caractérisée par le fait que le corps de chauffe (9) est plongé dans le liquide caloporteur (8) situé dans l'enceinte (1) et par le fait que ce liquide caloporteur (8) circule dans un circuit fermé sous l'action d'une pompe (4), ce circuit comportant au moins un échangeur de chaleur (6) avec un circuit hydraulique d'utilisation. 4. Installation selon la revendication 2, caractérisée par le fait que le corps de chauffe (9) est situé à l'extérieur de l'enceinte (1) et par le fait que le circuit hydraulique du liquide caloporteur (8) est un circuit ouvert d'utilisation. 5. Installation selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée par le fait que le dispositif de commande électronique comporte un régulateur (13) recevant les signaux du détecteur de température (15) et commandant des thyristors (12) par l'intermédiaire d'un modulateur d'allumage (14). 6. Utilisation particulière de l'installation selon l'une des revendications 2 à 5 au chauffage et à la régulation précise en température d'un liquide ou semi-liquide alimentaire.