Brevet FR2608884A1 — publié le 19880624

La présente invention concerne un dispositif de chauffage, du type comprenant une résistance électrique disposée de façon isolée dans une gaine métallique cylindrique destinée à être immobilisée à l'intérieur d'un conduit tubulaire formé dans une enceinte à chauffer. On connait déjà de tels dispositifs dans lesquels la résistance électrique est immobilisée à l'intérieur de la gaine au moyen d'une poudre isolante hygroscopique, et est raccordée à une extrémité de la gaine deux fils de connexion placés eux-mêmes sous gaine isolante. Ces dispositifs de chauffage donnent satisfaction dans la mesure où l'on peut se contenter d'une simple isolation. Cette isolation est alors assurée par la poudre isolante disposée entre la résistance et la gaine métallique. I1 se trouve cependant des cas des lesquels une double isolation est nécessaire, par exemple lorsque le dispositif de chauffage est destiné à être utilisé dans un conduit tubulaire du type "doigt de gant", monté sur la paroi d'une cuve contenant un liquide à chauffer. On est alors conduit à prévoir une deuxième isolation à l'extérieur de la gaine métallique, entre cette gaine et le conduit tubulaire où elle est immobilisée. En effet, dans le cas d'un défaut de l'isolant interne, la gaine se trouve portée au potentiel de la résistance électrique, et doit donc être isolée du conduit tubulaire. Jusqu'à présent, cette deuxième isolation a été assurée par une couche d'air, des entretoises étant disposées entre la gaine métallique et le conduit tubulaire de manière à maintenir une distance convenable entre ces deux éléments. Cette solution présente toutefois un certain nombre d'inconvénients. Tout d'abord, de tels dispositifs de chauffage sont généralement prévus pour fonctionner à des températures élevées où la résistance mécanique de la gaine est diminuée. Dans certains cas, le soutien de la gaine par les entretoises peut s' avérer insuffisant. Mais l'inconvénient essentiel réside dans la très mauvaise conductibilité thermique de l'air. ta gaine doit par conséquent être portée à une température beaucoup plus élevée que celle qui est nécessaire au niveau du conduit tubulaire. La présente invention vise à pallier ces inconvénients. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de chauffage, comprenant une résistance électrique disposée de façon isolée dans une gaine métallique cylindrique destinée à être immobilisée à l'intérieur d'un conduit tubulaire formé dans une enceinte à chauffer, caractérisé par le fait qu'il comprend une pluralité de manchons engagés avec jeu sur ladite gaine métallique, au moins les manchons d'extrémité étant fixés aux extrémités de la gaine, les manchons étant, à froid, assemblés pratiquement sans jeu axial, et lesdits manchons étant réalisés dans un matériau isolant, non hygroscopique, et relativement bon conducteur de la chaleur. Par conséquent, la gaine métallique est soutenue sur pratiquement toute sa longueur par les manchons isolants, ce qui assure une bonne résistance mécanique au dispositif de chauffage selon l'invention. Par ailleurs, les matériaux convenables pour la réalisation des manchons présentent très généralement un coefficient de dilatation thermique très inférieur à celui du métal de la gaine. La dilatation différentielle ne crée toutefois pas de difficultés du fait que l'on utilise plusieurs manchons indépendants qui peuvent légèrement s'écarter les uns des autres lors de la montée en température du dispositif. Le jeu radial entre la gaine et les manchons est également déterminé de manière à permettre la dilatation transversale de la gaine. Enfin, les manchons étant réalisés dans un matériau non hygroscopique conservent leur qualité d'isolement aussi bien en milieu humide qu'à sec. Quant à la conduction de la chaleur entre la gaine et le conduit tubulaire, elle est améliorée dans une large mesure par rapport au dispositif de l'art antérieur ou l'isolation électrique était réalisée à l'aide d'une couche d'air. Les manchons sont réalisés par exemple en céramique ou en verre réfractaire. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, le manchon d'extrémité, situé du côté des fils d'alimentation de la résistance, dépasse de l'extrémité de la gaine, le volume cylindrique ainsi laissé libre étant au moins partiellement rempli de résine. La connexion entre la résistance et les fils d'alimentation est alors de préférence noyée dans cette résine. On assure ainsi le double isolement au niveau des connexions entre les fils d'alimentation et le dispositif, puisque l'extrémité des gaines de ces fils peut être également noyée dans la résine. Le manchon d'extrémité peut en outre comporter à sa surface intérieure, dans la zone remplie de résine, au moins une ratnure annulaire d'accrochage. La résine pénètre dans ces rainures de sorte que le bouchon ainsi réalisé ne peut être arraché. De préférence, la fixation du dispositif dans son conduit tubulaire est assurée directement sur le manchon d'extrémité situé du côté des fils d'alimentation, afin de maintenir le double isolement. Ce manchon d'extrémité peut par exemple comporter à sa surface extérieure une collerette annulaire de fixation ou encore une gorge annulaire permettant la réception d'un collier de fixation. Dans un mode de réalisation particulier, le manchon d'extrémité dépasse également de l'extrémité de la gaine du côté opposé aux fils d'alimentation de la résistance, le volume cylindrique ainsi laissé libre étant alors au moins partiellement rempli d'un matériau réfractaire, du fait des températures élevées atteintes à cette extrémité du dispositif. Un isolateur peut en outre être disposé entre le fond de la gaine et ce matériau réfractaire. Cet isolateur peut par exemple être réalisé dans le même matériau que les manchons et être serti sur le fond de la gaine. On décrira maintenant à titre d'exemples non limitatifs des modes de réalisation particuliers de l'invention en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels - la figure I représente un dispositif selon l'invention utilisé pour le chauffage du liquide contenu dans une cuve, - la figure 2 est une vue en coupe axiale d'un dispositif selon l'invention, - la figure 3 est une vue latérale partielle d'un autre mode de réalisation, - la figure 4 est une vue similaire à la figure 3 en coupe axiale, et - la figure 5 est une vue en coupe selon la ligne V-V de la figure 4. On voit sur la figure 1 une cuve I contenant un liquide 2, par exemple une cuve de chauffe-eau. Un conduit tubulaire 3 traverse la cuve 1 et débouche à l'extérieur de façon à permettre l'introduction d'un dispositif de chauffage 4 tel que celui de l'invention. Le jeu entre la surface extérieure du dispositif 4 et la paroi intérieure du conduit tubulaire 3 est le plus faible possible pour optimiser la conduction de la chaleur entre le dispositif 4 et la cuve. On voit également sur la figure 1 les fils d'alimentation 5 du dispositif 4. Ce dispositif sera décrit maintenant plus en détail en référence à la figure 2. L'organe chauffant de ce dispositif est constitué par un fil métallique résistant 6 disposé dans une gaine métallique tubulaire 7. Une poudre isolante et hygroscopique 8 remplit l'intérieur de la gaine 7 de manière à immobiliser la résistance 6 tout en l'isolant de la gaine 7. Les extrémités de la résistance 6 sont soudées à deux tiges de connexion 9 dont les extrémités sortent de la poudre 8 et dépassent de l'extrémité de la gaine 7. Une pluralité de manchons 10,11, ... 12, sont disposés autour de la gaine 7. Les manchons d'extrémités 10 et 12 sont fixés à cette gaine alors que les manchons intermédiaires Il sont montés avec un faible jeu et peuvent coulisser librement sur cette gaine. A froid, la longueur de la gaine et celle des manchons sont telles que ces derniers sont assemblés pratiquement sans jeu axial, Les manchons 10,11, ... 12, peuvent être réalisés par exemple en céramique ou en verre réfractaire, l'essentiel étant qu'ils soient réalisés dans un matériau isolant pour assurer le double isolement, non hygroscopique de manière à rester isolant même en présence d'humidité, et relativement bon conducteur de la chaleur afin de transmettre la chaleur de la gaine 7 au conduit tubulaire 3. Lorsque le dispositif 4 monte en température, la gaine métallique 7 se dilate beaucoup plus que les manchons, mais cette dilatation n' est pas gênée dans le sens axial du fait que les manchons peuvent s 'écarteur les uns des autres. Dans le sens radial, le jeu à froid entre la gaine 7 et les manchons est tel qu'il permet la dilatation radiale de la gaine 7. Les deux manchons d'extrémité 10 et 12 dépassent de la gaine 7. Du côté des fils d'alimentation 5, l'espace ainsi laissé libre est rempli par une résine isolante 13. La longueur des tiges de connexion 9 est telle que leur extrémité où elles sont connectées aux fils d'alimentation 5 se trouve noyée dans cette résine. Les fils 5 sont eux mêmes placés sous double gaine 14 et 15 pour assurer le double isolement également à ce niveau. Deux rainures annulaires 16 sont formées dans la paroi interne du manchon 10 de sorte que la résine 13, en pénétrant dans ces rainures et en se solidifiant, assure l'accrochage du bloc de résine par rapport aux manchons 10. Le manchon 10 comporte en outre à sa surface extérieure une collerette annulaire 17 permettant de fixer de façon isolée le dispositif 4 dans son conduit tubulaire. A l'extrémité opposée du dispositif 4, un isolateur en céramique 18 est disposé contre le fond 19 de la gaine 7, dans l'espace cylindrique délimité par l'extrémité du manchon 12. Une pièce métallique 20 soudée sur le fond 19 et pouvant être rabattue sur les bords d'un lamage 21 de l'isolateur permet de sertir cet isolateur sur le fond 19. Enfin un ciment réfractaire 22 est coulé dans le reste de l'espace libre intérieur au manchon 12. On constate que, grâce à l'agencement selon l'invention, le double isolement est réalisé à tous les niveaux du dispositif bien que seuls les manchons d'extrémité 10 et 12 soient fixés à la gaine 7. La variante des figures 3 à 5 porte sur les moyens de fixation du dispositif. Dans ce cas, le manchon d'extrémité 10' situé du côté des fils d'alimentation 5 comporte à sa surface extérieure une gorge annulaire 23 dans laquelle est engagé un collier de fixation 24. Ce collier est muni d'une patte 25 permettant d'assurer la fixation du dispositif de chauffage 4'. Diverses variantes et modifications peuvent bien entendu être apportées à la description qui précède sans sortir pour autant du cadre ni de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de chauffage, comprenant une résistance électrique (6) disposée de façon isolée dans une gaine métallique cylindrique (7) destinée à être immobilisée à l'intérieur d'un conduit tubulaire (3) formé dans une enceinte (1) à chauffer, caractérisé par le fait qu'il comprend une pluralité de manchons (10,11,...12) engagés avec jeu sur ladite gaine métallique, au moins les manchons d'extrémités (10,12) étant fixés aux extrémités de la gaine, les manchons étant, à froid, assemblés pratiquement sans jeu axial, et lesdits manchons étant réalisés dans un matériau isolant, non hygroscopique, et relativement bon conducteur de la chaleur. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits manchons sont réalisés en céramique ou en verre réfractaire. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que, du côté des fils d'alimentation (5) de la résistance, le manchon d'extrémité (10) dépasse de l'extrémité de la gaine, le volume cylindrique ainsi laissé libre étant au moins partiellement rempli de résine (13). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la connexion entre la résistance et les fils d'alimentation est noyée dans ladite résine. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que, dans la zone remplie de résine, le manchon d'extrémité comporte à sa surface intérieure au moins une rainure annulaire d'accrochage (16). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que, du côté des fils d'alimentation de la résistance, le manchon d'extrémité comporte à sa surface extérieure une collerette annulaire de fixation (17). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que, du côté des fils d'alimentation de la résistance, le manchon d'extrémité comporte à sa surface extérieure une gorge annulaire (23) de réception d'un collier de fixation (24). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que, du côté opposé aux fils d'alimentation de la résistance, le manchon d'extrémité (12) dépasse de l'extrémité de la gaine, le volume cylindrique ainsi laissé libre étant au moins partiellement rempli d'un matériau réfractaire (22). 9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'il comprend un isolateur (18) entre le fond (19) de la gaine et ledit matériau réfractaire. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que ledit isolateur est réalisé dans le même matériau que les manchons. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 et 10, caractérisé par le fait que ledit isolateur est serti sur le fond de la gaine.