Brevet FR2627048A1 — publié le 19890811

L invention concerne le chauffage de substances liquides. plus particulièrement industrielles, et est relative à une technique de chauffage qui fait appel à 1 induction électromagnétique. L'invention concerne plus spécialement une cuve pour le chauffage d un liquide par induction. Un certain nombre de substances liquides notamment à usage industriel 'sont portées à des températures déterminées pour leur mise en oeuvre. On utilise par exemple des cuves. des réacteurs chimiques, etc... où la substance liquide est portée à une température déterminée par exemple pour etre cuite comme c' est le cas dans les techniques agro-alimentaires ou pour donner lieu à une réaction comme c'est souvent le cas en chimie. Ces liquides sont chauffés par transfert thermique à travers la paroi du récipient ou cuve qui les contient. Le chauffage de cette paroi est obtenu de différentes manières par exemple par de l'eau surchauffée, de la vapeur. un fluide caloporteur, des résistances électriques et aussi par induction électromagnétique. L'invention concerne plus particulièrement cette dernière technique de chauffage électrique par induction. La technique du chauffage par induction, bien que plus coûteuse que certaines autres, permet d'atteindre des densités de puissance élevées dans la paroi de la cuve et présente l'avantage d'avoir une très petite inertie thermique. Les cuves utilisées habituellement pour cette technique de chauffage présentent, entre autres, des parois à l'extérieur desquelles sont placés des inducteurs. Cette solution qui, à première vue, parait simple présente toutefois des inconvénients car un certain nombre de substances liquides ne peuvent pas supporter de trop fortes densités volumiques de puissance transmises par la paroi de la cuve sous peine d'être détériorées du fait de la très petite valeur du coefficient de transfert thermique entre liquide et paroi. Pour conserver un gradient d'élévation de température important il faut donc accroitre la surface de contact paroi-liquide. Différentes solutions ont été proposées. Lorsqu'on procède d'une manière discontinue par lots, on implante des éléments chauffants dans le liquide que contient la cuve. Ces éléments chauffants sont soit des électrodes à chauffage électrique soit de simples serpentins traversés par un fluide caloporteur. Lorsqu'on procède en continu sur le liquide à traiter, on fait circuler ce liquide dans un tube chauffant, rectiligne ou sinueux, qui est chauffé, par exemple, par conduction électrique, par des cordons chauffants électriques ou par des fluides caloporteurs dans lesquels il est immergé. Cette technique, si elle permet de résoudre le problème résulta-nt de la petite valeur du coefficient de transfert thermique entre liquide et paroi, présente des inconvénients qui sont particulièrement gênants. Lorsqu'on procède d'une manière discontinue, les électrodes ou les serpentins immergés dans le liquide que contient la cuve sont déteriorés par corrosion ou bien par figeas du liquide sur les électro des ou dans les serpentins ; c c'est par exemple le cas s'il y a cristallisation lors d'une réaction chimique. Le nettoyage des électrodes et serpentins est particulièrement délicat. En outre leur existence nuit à l'étanchéité de la cuve ce qui est particulièrement gênant lorsqu'on opère sous pression. Lorsqu on procède en continu il est particulièrement délicat de nettoyer l'intérieur d'un tube et tout spécialement de le débarrasser d'un liquide qui y est figé ou cristallisé. En outre, dans ce cas il est difficile d'assurer à la fois le chauffage du tube pour obtenir la température recherchée et d assu- rer aussi son refroidissement dans le cas où le tube est le siège d'une réaction exothermique. L'invention vise à remédier à la plupart de ces inconvénients. L'invention a pour objet une cuve pour le chauffage d'un liquide par induction. Cette cuve est remarquable en ce qu'elle comprend un corps extérieur et un corps intérieur qui sont disposés pratiquement coaxialement l'un par rapport à l'autre de manière que le corps intérieur soit placé dans le corps extérieur qui l'enveloppe et qui sont agencés pour délimiter une enceinte destinée à recevoir entre les corps du liquide à chauffer et dont au moins le corps extérieur est fait en un matériau conducteur de l'électricité et amagnétique, et aussi un dispositif de chauffage constitué notamment d un noyau magnétique associé au corps intérieur et d'un bobinage inducteur entourant le corps extérieur. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la lecture de la description et des revendications qui suivent et de l'examen du dessin annexé, donné seulement à titre d'exemple, où - la Fig.1 est une vue partiellement en coupe méridienne d'un mode de réalisation de l in- vention; - la Fig.2 est une variante d'exécution du mode de réalisation de la Fig.1; - la Fig.3 est une vue d'un autre mode de réalisation; - la Fig.4 est une vue d'un autre mode de réalisation - la Fig.5 est une vue d'une variante d'exécution ; et - la Fig.6 est une vue d'un autre mode de réalisation. Les techniques de chauffage par induction et les cuves destinées à leur mise en oeuvre étant bien connues, on ne décrira dans la description que ce qui concerne l'invention. Pour le surplus, le spécialiste de la technique considérée puisera dans les solutions courantes à sa disposition pour faire face aux problèmes particuliers auxquels il est confronté. Dans la suite de la description, on utilisera toujours un meme numéro de référence pour désigner des composants homologues, quel que soit le mode de réalisation. Comme on le voit, en particulier sur la Fig. 1 , une cuve 10 suivant l invention comprend un corps extérieur 20 et un corps intérieur 30. Le corps extérieur 20 présente une paroi latérale 21 et un socle central 22. Le corps intérieur 30 comprend une paroi latérale 31 et une embase centrale 32. Le corps extérieur 20 et le corps intérieur 30 de la cuve 10 délimitent, entre eux, une enceinte 11 destinée à recevoir la substance liquide à traiter. De préférence, ces deux corps présentent un axe de symétrie de révolution 12 ; par exemple ils sont coaxiaux et disposés l'un dans l'autre selon l'axe 12 comme illustré. Si nécessaire la cuve est recouverte d'un couvercle 14. Ce couvercle est placé sur la cuve de toute manière convenable, au besoin avec interposition d'un joint d'étanchéité, et est maintenu en place, s'il y a lieu, à l'aide de moyens de fixation comme il est classique. Ce joint d'étanchéité et ces moyens de fixation de tout type connu ne sont pas représentés. Le dispositif de chauffage par induction 50 de la cuve selon l'invention comprend un noyau magnétique 53, s'il y a lieu une culasse 52 et un bobinage 51 entourant le corps extérieur 20. La culasse magnétique 52 n'est pas indispensable, mais elle permet d'avoir un meilleur rendement, lorsqu'une culasse magnétique est utilisée le bobinage est disposé entre culasse et corps extérieur, comme illustré sur les figures du dessin. Comme on le voit sur la Fig,1, ou est illustré un premier mode réalisation, la paroi latérale 21 du corps extérieur 20 et la paroi latérale 31 du corps intérieur 30 sont réunies dans le prolongement des socle 22 et embase 32 respectifs pour former un fond annulaire 23. En se reportant à la Fig.2, on voit que le corps intérieur 30 présente une embase centrale 32 qui obture sa partie inférieure et qui se prolonge vers le socle 22 dont elles est coplanétaire pour former un fond discoide 23. Dans le mode de réalisation de la Fig.3, le corps intérieur 30 est à double paroi latérale 31a, 31b et ses composants sont coaxiaux. Dans tous les modes de réalisation qui précèdent, les corps extérieur 20 et intérieur 30 sont tous deux en matériau conducteur de liélectricite et non magnétique. Dans le mode de réalisation de la Fig.4, on a fait en sorte que le corps intérieur 30 et le noyau 53 soient réunis en un seul constituant et dans ce cas le corps intérieur est fait en un matériau magnétique conducteur de l électricité alors que le matériau dont est fait le corps extérieur est conducteur de ltélec- tricité et amagnétique. Dans le mode de réalisation dessiné sur la Fig.5, on voit que le socle 22 du corps extérieur 20 et l embase 32 du corps intérieur 30 sont maintenus à distance l'un de 1 autre par des entretoises 13. Dans le mode de réalisation illustré sur la Fig.6, le corps intérieur 30 sert aussi de pale pour un malaxeur ou agitateur comme dessiné schématiquement: pour ce faire il est réalisé en un matériau magnétique conducteur de l'électricité. Dans tous les modes de réalisation, les matériaux dont sont faits les corps est conducteur de l'électricité et celui qui constitue le corps extérieur est obligatoirement toujours non magnétique. On utilise par exemple un alliage d'acier inoxydable. Selon les besoins, on choisit le rapport des valeurs du diamètre du corps extérieur et de celui du corps intérieur ainsi que celui du noyau magnétique de préférence fait en cuivre lui, pour moduler le rapport densité de puissance paroi extérieure / densité de puissance paroi intérieure afin de satisfaire aux conditions auxquelles le liquide à chauffer doit etre soumis. On peut de meme faire en sorte que les densités de puissance soient les memes pour le corps extérieur et le corps intérieur. Le fait de disposer le noyau 53 à l'intérieur du corps intérieur 30 permet de moduler facilement les rapports de densité de puissance. On peut, toutefois, ne pas sans servir comme c'est par exemple le cas du mode de réalisation illustré sur la Fig.4. Dans le cas de cette figure, le noyau magnétique est remplacé par une virole en acier magnétique qui joue aussi le role de corps intérieur. Le choix judicieux des diamètres du corps extérieur et de la virole intérieure, associé au choix de leurs épaisseurs respectives permet, dans une certaine mesure, d ajuster le rapport de densité de puissance entre le corps extérieur amagnétique et le corps intérieur magnétique. Dans les cas ou il est nécessaire d'augmenter les surfaces de contact, on utilise un mode de réalisation du type de celui illustré sur la Fig.3 où le corps intérieur est à parois multiples mais il est clair que l'on n'est pas obligé de se limiter à un corps ' intérieur double et que ce dernier peut etre triple, quadruple, etc... Dans tous les cas ce corps intérieur est alors fait en un matériau amagnétique conducteur de l'électricité. Dans le mode de réalisation illustré sur la Fig.6, on fait en sorte que le corps intérieur est utilisé comme un noyau et sert aussi de pale pour un malaxeur ou un agitateur. Pour ce faire on construit le corps extérieur en métal amagnétique et le corps intérieur en acier magnétique. Un tel mode de réalisation offre la possibilité de chauffer la pale elle-meme. On ne s'étendra pas plus amplement sur le dispositif du chauffage par induction 50 et son alimentation électrique en courant alternatif ; ceci est classique en soi. On peut opérer en relativement haute fréquence ou bien aussi en basse fréquence, et ceci est meme préférable pour que la puissance, se développe sur la paroi interne 31 de la cuve, On voit tout l'intérêt que présente l'invention du fait de son extreme simplicité qui permet en particulier d'opérer avec des cuves sous pression puisqu'aucun composant ne traverse la cuve ou son couvercle hormis la réalisation de la Fig.6; ceci permet de résoudre ainsi, en les évitant, tous les problèmes qui sont habituellement liés à la confection de traversées et passages étanches devant résister à des pressions importantes sans risque de fuites. On observe aussi qu'en adaptant convenablement les diamètres relatifs des corps intérieur et extérieur de même que les épaisseurs de leurs parois, on peut obtenir toutes les densités volumiques de puissance recherchées convenables en fonction du coefficient de transfert thermique paroi / liquide. Le spécialiste du secteur considéré est à même d'adapter ces paramètres en fonction des paroi blémes particuliers qu'il a à résoudre. REVENDICATIONS 1, Cuve (10) pour le chauffage d'un liquide par induction caractérisée en ce qu'elle comprend un corps extérieur (20) et au moins un corps intérieur (30) dont au moins le corps extérieur est fait en un matériau amagnétique conducteur de l'électricité, qui sont disposés coaxialement l'un par rapport à l'autre et qui sont agencés pour délimiter une enceinte (11) destinée à recevoir du liquide à chauffer et un dispositif de chauffage (50) constitué d'un noyau magnétique (53) associé au corps intérieur (30), et d'un bobinage (51) entourant le corps extérieur (20). 2. Cuve selon la revendication 1, caractérisée en ce que le corps extérieur (20) et le corps intérieur (30) sont réunis par un fond annulaire (23). 3. Cuve selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le corps intérieur (30) présente une embase (32) centrale obturant sa partie inférieure et formant un fond discoide (23), 4. Cuve selon la revendication 2 ou 3, ca ractérisée en ce que le fond (23) et l'embase (32) sont coplanaires. 5. Cuve selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comprend un corps intérieur (30) à parois latérales (31) multî'ples disposées coaxialement. 6. Cuve selon la revendication 1, caractérisée en ce que le corps extérieur (20) présente un socle (22), le corps intérieur (30) présente une embase (32) et en ce que le socle (22) et l'embase (32) sont maintenus à distance l'un de l'autre par au moins une entretoise (13). 7. Cuve selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le corps ex térieur (20) et le corps intérieur (30) sont en matériau amagnétique et conducteur de l'électricité et en ce que le liquide à chauffer ne baigne pas le noyau magnétique (53). 8. Cuve selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le corps intérieur (30) est fait en matériau magnétique et, sert de noyau magnétique (53) destiné à être baigné par du liquide. 9. Cuve selon la revendication 8, caractérisée en ce que le corps intérieur (30) présente une configuration en pale (15). 10. Cuve selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la cuve (10) peut etre close par un couvercle (14). 11. Cuve selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que le dispositif de chauffage (50) comprend une culasse magnétique (52) entourant le corps extérieur (20) et en ce que le bobinage (51) est intercalé entre le corps extérieur (20) et la culasse magnétique (52).