Brevet FR2568672A1 — publié le 19860207

l'invention concerne un procédé de réchauffage de gaz par effet Joule et un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, Le dispositif consiste à générer des gaz chauds à partir de résistances électriques permettant des échanges thermiques importants et homogènes pour obtenir de l'air à plus de 8000 C sans détruire les éléments chauffants; de plus, les puissances massiques et/ou volumiques doivent outre suffisantes, de l'ordre de 1 MW/m3, pour être concurentielles vis à vis des bleurs à gaz du point de vue prix et du point de vue implantatioX Par ailleurs ces conveetears présentent une inertie très faible, correspondant à des constantes de temps de l'ordre de la seconde, qui permettent des fonctionnements en régime varié impossibles avec des échangeurs classiques et délicats avec des brdleurs. le procédé de ré chauffage de gaz par effet Joule, selon l'invention, est remarquable en ce que l'on fait traverser une succession d'éléments chauffants, chauffés par effet Joule, plans et ajourés, par le courant de gaz à réchauffer perpendiculairement à la surface desdits éléments chauffants0 les explications et figures données ci-après à titre d'exemple permettront de comprendre comment l'invention peut titre réalisée. La figure 1 est une vue en coupe transversale d'un exemple de réchauffeur selon l'invention. la figure 2 est une vue en coupe longitudinale du réehauffeur de la figure 1. La figure 3 est un diagramme illustrant un exemple de réchauffage du gaz. La figure 4 est un diagramme illustrant un autre exemple de réchauffage du gaz. le procédé de ré chauffage de gaz selon l'invention est remarquable en ce que l'on fait traverser perpendiculairement à leur surface une succession d'éléments chauffants, plans, ajour8s, chauffés par effet Joule. les éléments chauffants se présentent sous la forme de panneaux ou de grilles constitués d'un métal déployé ou d'un arrangement de fils chauffés par effet Joule dont les dimensions caractéristiques sont de préférence de l'ordre du millimètre (cette dimension étant le diamètre ou l'épaisseur des fils ou de la grille). Selon exemple de réalisation représenté figures i et 2, le réchauffeur 1 est constitué d'une enceinte 2 comportant à l'intérieur un isolant thermique 3 délimitant un conduit dans lequel sont fixés les éléments chauffants 40, 41, 42, 43,... L'isolation intérieure de l'enceinte a pour but de limiter l'effet d'inertie thermique de c elle-ci. les éléments chauffants portent des moyens d'alimentation en courant électrique en soi connus. Ces moyens d'alimentation 5 permettent de fournir à chaque élément chauffant soit la mEme puissance électrique soit une puissance électrique décroissante entre l'entrée et la sortie. les éléments chauffants constitués de panneaux plans, sent fixés perpendiculairement à l'auto du conduit et reçoivent un courant de gaz dirigé parallèlement à l'axe du conduit. Ce courant de gaz est produit par des moyens connus, tels que turbines, ventilateurs, etc.... prévus à une extrémité du réchauffeur et selon l'exemple représenté disposés à l'extrémité gauche de la figure 2. L'élément chauffant atteint le premier par le courant de gaz à réchauffer est désigné comme élément chauffant d'entrée. L'élément chauffant le plus éloigné de celui d'entrée sera désigné comme élément chauffant de sortie Le réchauffeur est connecté en sortie à l'installation industrielle à alimenter. Les éléments chauffants peuvent être alimentés à partir d'un montage triangle ouvert ou étoile, le contrôle de la puissance étant réalisé par un gradateur triphasé. Plusieurs éléments chauffants peuvent être montés en série. Selon différents procédés de réchauffage - on alimente chaque élément chauffant avec une puissance électrique identique, ce qui conduit à avoir le mdme écart de température entre le corps de chauffe et le gaz. Le procédé est illustré par le diagramme de la figure 3 dans lequel ltécart des températures entre les éléments chauffants et le gaz reste approximativement constant (échelle des ordonnées) quel que soit le nombre dtéléments chauffants traversés (échelle des abscisses) ;; - on alimente les éléments chauffants sous des puissances électriques différentes afin de les maintenir à la température la plus élevée possible. l'écart entre les températures des éléments chauffants traversés et la température du gaz va en diminuant depois l'élément chauffant d1eetrée recevant le gaz à réchauffer à ltélément chauffant de sortie où la température du gaz est sensiblement égale à celle de l'élément chauffant comme montré sur le diagramme de la figure 4 dans lequel les coordonnées sont les mêmes que dans l'exemple précédent. L'avantage est de maintenir tous les éléments chauffants à une température la plus élevée possible. la température des éléments chauffants est contrôlée par la mesure simultanée de la tension et du courant d'alimentation d'où l'on déduit la résistivité de l'élément chauffant. Connaissant à priori les variations de la résistivité en fonction de la température, il est possible d'alimenter l'élément chauffant de manière que sa température soit proche de sa température de destruction. Des moyens de protection (non représentés) de chaque élément chauffant vis à vis des surintensités peuvent se déclencher en fonction de la mesure de la résistance électrique aux bornes de l'élément. Les principaux avantages que présente ce procédé sont les suivants - un faible temps de réponse obtenu par l'utilisation de l'électricité et un rapport masse/ surface d'échange intéressant (inférieur à 2 kg/m2) et autorisant des vitesses de variations de température de gaz de 40 à 100" C/s - une bonne compacité (0,2 7 par MW) due aux bons coefficientsdtéchange réalisables grâce à la nature de la surface d'échange et au principe d'échange par passage du courant de gaz des ouvertures de relativement faible diamètre hydraulique perpendiculairement à la surface de l'élément chauffant - une minimisation des problèmes de tenue thermomécanique de la surface d'échange, grâce au sens de passage du courant de gaz qui permet d'obtenir une répartition de températures uniforme au niveau de chaque élément chauffant - une faible constante de temps permettant d'utiliser une sécurité susceptible de couper l'alimentation en une fraction de seconde évitant une évolution de la température risquant d'aboutir à la destruction de l'élément chauffant. Le procédé selon ltievention peut être appliqué au réchauffage de gaz à usage industriel ou pour des installations nécessitant un encombrement réduit et/ou une dynamique thermique rapide. Il peut encore être appliqué pour des dispositifs appelés à remplacer des brdleurs à gaz dans des fours de traitement thermique avec brassage d'air. REVENDICATIONS 1. Procédé de réchauffage de gaz, caractérisé en ce que l'on fait traverser une succession d'éléments chauffants chauffés par effet Joule, plans et ajourées, par le courant de gaz à réchauffer perpendiculairement à la surface desdits corps de chauffe. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on alimente chaque élément chauffant par une puissance électrique identique. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lton alimente chaque élément chauffant par une puissance électrique décroissant de l'élément chauffant d'entrée à l'élément chauffant de sortie. 4. Réchauffeur de gaz à effet Joule pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte (2) comportant intérieurement un isolant thermique (3), des éléments chauffants (40 ... 43 ...) plans, ajourés disposés perpendiculairement à l'axe de ltenceånte. des moyens d'alimentation (5) des éléments chauffants en courant électrique, des moyens de production d'un courant de gaz parallèle à l'axe de ltenceinte. 5. Réchauffeur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les éléments chauffants sont des panneaux constitués d'un métal déployé de dimensions caractéristiques de l'ordre du millimetre. 6. Réchauffeur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les éléments chauffants sont des panneaux constitués d'un arrangement de fils résistants de dimensions caractéristiques du millimètre. 7. Réchauffeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de protection des éléments chauffants vis à vis des surintensités déclenchant en fonction de la mesure de la résistance électrique aux bornes de ltélémentç