Brevet FR2666474A1 — publié le 19920306

- DISPOSITIF POUR LE CHAUFFAGE DE FLUIDES PAR EFFET JOULE La présente invention se rapporte au chauffage de fluides par effet Joule et concerne plus particulièrement un dispositif pour le chauffage d'un fluide circulant dans un tube chauffé par effet Joule. Dans ces dispositifs de chauffage, c'est un courant électrique circulant dans le tube qui l'échauffe par effet Joule, et le tube chauffe le fluide, généralement un li- quide ou un fluide pâteux qui y circule, par conduction et/ou rayonnement. Un tel dispositif comprend un ensemble de tubes en un matériau thermiquement conducteur et de résistivité élec- trique déterminée, conformés en hélice, serpentin, ou com- prenant des parties rectilignes reliées par des coudes. Pour obtenir un chauffage homogène du fluide, il est désavantageux d'utiliser l'effet Joule dans la portion coudée du tube, car à cet emplacement son épaisseur n'est pas constante et les courants électriques ne se répar- tissent pas uniformémentdans la section du tube provoquant un échauffement non homogène du tube et donc du fluide qui y circule. Pour pallier à cet inconvénient, le document FR-Ai- 2632475 propose de court-circuiter les parties incurvées du tube pour ne faire passer le courant de chauffage que dans ses portions rectilignes. Tous ces dispositifs présentent toutefois l'inconvé- nient de nécessiter des alimentations en courant élec- 2 - trique à régulation compliquée et agissant sur une grande plage de valeurs de courant, puisque c'est ce seul para- mètre qui permet de régler la quantité d'énergie délivrée au fluide.5 La présente invention a pour objet un dispositif de chauffage d'un fluide circulant dans une partie rectiligne de tube permettant une régulation simple de l'énergie dé- livrée et surtout de modifier pour une énergie transférée donnée la densité d'énergie délivrée par unité de surface10 du tube. Ceci est particulièrement nécessaire pour le chauffage de fluides ou liquides thermosensibles tels que les li- quides et pâtes alimentaires pour le traitement desquels toute surchauffe locale peut entraîner des dégradations organoleptiques notamment. Le dispositif de chauffage d'un fluide comportant au moins une portion rectiligne de tube électriquement conducteur à l'intérieur de laquelle le fluide circule et qui est traversée par un courant électrique provoquant son échauffement par effet Joule et par suite l'échauffement du fluide est caractérisé par le fait qu'il comporte des brides d'amenée de courant sur cette portion rectiligne de tuyau déplaçables par rapport à celui-ci de manière à faire varier, pour un courant donné, la densité d'énergie25 dissipée par le tuyau en fonction de la distance séparant ces brides. Le dessin annexé illustre schématiquement et à titre d'exemple une forme d'exécution du dispositif de chauffage selon l'invention. 3 - La figure 1 illustre schématiquement et en coupe un tuyau conducteur de l'électricité destiné à véhiculer un fluide muni de brides d'alimentation alimentées en courant électrique par un transformateur basse tension et un régu- lateur. Les figures 2 et 3 sont des vues d'une bride d'alimen- tation. Dans l'exemple illustré schématiquement à titre d'exemple, le dispositif de chauffage comporte un tuyau 1 servant à la circulation du fluide devant être chauffé Ce tuyau est destiné à être relié à son extrémité amont à une alimentation dudit fluide et à son extrémité aval à un circuit d'utilisation ou de stockage de celui-ci. Ce tuyau 1 présente au moins une portion rectiligne la, trois dans l'exemple illustré, constituée d'un maté- riau conducteur de l'électricité et présentant une résis- tivité déterminée, aussi homogène que possible. Dans l'exemple illustré la totalité du tuyau 1 est en un matériau conducteur de l'électricité, mais selon une variante les coudes 2,3 pourraient être réalisés en un ma- tériau isolant de l'électricité. Ce dispositif de chauffage par effet Joule comporte encore, pour chaque partie rectiligne la du tuyau 1, deux brides d'amenée de courant électrique 4 Chaque bride 425 est formée de deux demi-coquilles 4 a,4 b enserrant le tuyau 1 et serrées l'une contre l'autre et contre ledit tuyau 1 à l'aide de vis ou de goujons et écrous 5,6 Ces brides d'alimentation 4 peuvent ainsi être fixées sur le tube en n'importe quel endroit de ses portions rectilignes, ce qui30 permet de faire varier la distance entre deux brides 4- fixées sur une même portion rectiligne et donc la résis- tance mesurée aux bornes de ces deux brides. Ceci permet pour un courant d'alimentation donné, donc une puissance d'alimentation donnée de faire varier la puissance spécifique, c'est-àdire la puissance par centi- mètre carré de surface d'échange entre le tuyau 1 et le fluide. Ceci est très important, car il est dès lors possible de modifier cette puissanc spécifique sans modifier la puissance totale du dispositif et donc son courant d'ali- mentation, en fonction des caractéristiques propres du li- quide à traiter, et notamment d'éviter ainsi toute sur- chauffe locale du fluide. Dans l'exemple illustré, chacune des trois paires de brides d'alimentation associées aux portions rectilignes de tuyaux est branchée sur une phase d'une alimentation triphasée De plus, les bagues adjacentes de deux paires voisines, situées de part et d'autre d'un coude 2, sont reliées électriquement.20 L'alimentation électrique du dispositif de chauffage se fait à partir du réseau de distribution triphasé, par exemple par l'intermédiaire d'un transformateur basse ten- sion 7 ( 39 Volts) et d'un interrupteur statique 8 à semi- conducteur tel que des thyristors commandés 9. La commande de l'interrupteur à semi-conducteur est réalisée par un dispositif électronique comportant un ré- gulateur 10 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'intermé- diaire d'un modulateur d'allumage provoquant le changement - d'état du thyristor uniquement aux passages à zéro du courant alternatif d'alimentation pour éviter toute sur- tension lors de la commutation. Le régulateur 10 est piloté par le signal de sortie d'un détecteur de température 11 plongeant dans le courant du fluide en aval de la partie chauffante du tuyau 1. L'alimentation du tuyau 1, et donc sa production de chaleur est commandée directement par la température du fluide, de façon très précise à quelques dixièmes de degré centigrade près. La puissance électrique délivrée au tuyau 1 est réglée par tout ou rien et peut varier entre O et 100 % suivant le temps de conduction des thyristors Cette manière de faire permet d'obtenir une grande précision de la régulation de la température du fluide, d'éviter toute surchauffe de celui-ci et d'avoir un temps de réponse très bref. Ce mode de régulation statique est décrit par exemple dans le brevet CH-A-649 827 Bien entendu tout autre ali- mentation régulée par la température désirée du fluide transporté peut être envisagée. Dans l'exemple illustré, et pour éviter toute sur- chauffe dans une phase de démarrage du dispositif de chauffage, le régulateur 10 est commandé également par une sonde 12 mesurant la température de la paroi du tuyau 1. L'alimentation pourrait bien entendu être monophasée. La tension est généralement maintenue en-dessous de 100 volts Le tuyau est de préférence réalisé en acier inoxy- dable Avec un tuyau d'un diamètre intérieur de 18 mm et extérieur de 20 mm et une alimentation de 32 KW soit de 513 ampères sur 36,4 volts, on obtient pour une distance de -6- 6 mm entre deux brides d'alimentation une puissance spéci- fique de 12, 1 W/cm 2. On peut déterminer la forme optimale de la section du tuyau 1 pour obtenir un échauffement homogène du fluide transporteur; cette section peut être ovoïde, ovale ou rectangulaire par exemple. La surface du tuyau 1 en contact avec le fluide à chauffer peut comporter des fixations, aillettes, spi- rales, etc pour favoriser la conduction de chaleur et la turbulence de l'écoulement toujours dans le but d'amélio- rer la conduction et de réaliser ainsi un chauffage aussi homogène que possible du fluide. Pour pouvoir utiliser de forts ampérages, les brides d'alimentation 4 peuvent être munies de plaques de distri- bution permettant d'augmenter leur surface en contact avec le tuyau 1. Lorsque le tuyau 1 comporte plusieurs parties recti- lignes (la) chacune de celles-ci est munie d'une paire de brides d'alimentation 4 branchées en série ou en parallèle20 sur une alimentation électrique 7. On peut enfin prévoir de disposer le tuyau 1 dans un tube externe isolant ce qui permet de faire circuler le fluide à chauffer des deux côtés de la paroi du tuyau 1 et de réduire ainsi les pertes de chaleur dissipée. -7- REVENDICATIONS 1 Dispositif de chauffage d'un fluide comportant un tuyau dans lequel ce fluide circule, ce tuyau comportant au moins une portion rectiligne (la) électriquement conductrice traversée par un courant électrique provoquant son échauffement par effet Joule et par suite l'échauffe- ment du fluide, caractérisé par le fait qu'il comporte des brides d'alimentation ( 4) se fixant de façon réglable le long de cette portion rectiligne (la) de manière à pouvoir faire varier, pour une puissance d'alimentation donnée, la puissance spécifique dissipée par le tuyau en fonction de la distance séparant ces brides d'alimentation ( 4). 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque bride d'alimentation ( 4) comporte deux moitiés ( 4 a,4 b) enserrant le tuyau et fixées l'une à l'autre et contre le tuyau par des moyens de serrage ( 5). 3 Dispositif selon la revendication 1 ou la revendica- tion 2, caractérisé par le fait que chaque bride d'alimen- tation ( 4) comporte une plaque de distribution augmentant sa surface de contact avec la surface du tuyau. 4 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les brides ( 4) adjacentes de deux paires voisines, situées de part et d'autre d'un 8 - coude ( 2) du tuyau, sont reliées électriquement l'une à l'autre. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte trois portions rec- tilignes (la) de tuyau, chacune étant munie d'une paire de brides d'alimentation ( 4) branchée sur l'une des phases d'une alimentation triphasée ( 7,8,9). 6 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, ca- ractérisé par le fait qu'il comporte au moins deux parties rectilignes (la) de tuyau, chacune étant munie d'une paire de brides d'alimentation ( 4) branchée en série ou en parallèle sur une alimentation électrique ( 7). 7 Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6, ca- ractérisé par le fait que l'alimentation électrique ( 7) est une alimentation basse tension (inférieure à 100 volts). 8 Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'il comporte une régulation par tout ou rien de l'alimentation des brides ( 4) commandée par-un régulateur ( 10) piloté par une sonde ( 11) détectant la température du fluide. 9 Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'il comporte une deuxième sonde ( 12) de tempéra- ture détectant la température du tuyau et pilotant égale- ment le régulateur ( 10). 9 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte une enceinte étanche autour du tuyau servant également au transport du fluide.