Brevet FR2689227A1 — publié le 19931001

DISPOSITIF DE REGULATION THERMIQUE D'UN FLUIDE La présente invention a pour objet un dispositif de régulation thermique d'un fluide en circulation utilisé notamment pour régulariser la température d'outillages ou de réacteurs. De tels dispositifs destinés à réguler la température d'un outillage de moulage de matières plastiques au moyen d'un fluide caloporteur circulant sous l'action d'une pompe existent déjà. Dans ces dispositifs la température du fluide peut être augmentée au moyen de résistances électriques chauffantes ou diminuée au moyen d'un second fluide froid passant dans un échangeur, l'ensemble pouvant être commandé au moyen d'un régulateur électronique relié à un ou plusieurs thermocouples judicieusement disposés sur le parcours du fluide caloporteur et par divers dispositifs de sécurité. En général, ces dispositifs comportent un réchauffeur refroidisseur du fluide caloporteur formé par un réservoir à l'intérieur duquel est disposée une résistance électrique de chauffage et un circuit de fluide de refroidissement constitué d'un serpentin, les résistances électriques étant bien entendu disposées à l'intérieur d'un tube blindé. Pour obtenir le refroidissement du fluide caloporteur d'autres dispositifs de régulation comportent un échangeur à plaques. Dans ces échangeurs bien connus, constitués d'un empilement de plaques le fluide à refroidir et le fluide froid circulent dans deux circuits différents sans contact l'un avec l'autre, de part et d'autre de chaque plaque. Les dispositifs de régulation comportant de tels échangeurs à plaques sont encombrants car les résistances de chauffage doivent se trouver bien évidemment en dehors et assez écartées des dits échangeurs d'où un volume important de l'ensemble et la nécessité d'avoir une grande quantité de fluide caloporteur en circulation. La présente invention a pour objet de remédier à ces divers inconvénients par la réalisation d'un dispositif permettant de régulariser la température d'un fluide au moyen d'un échangeur thermique à plaques dans lequel a été insérée une résistance électrique. Le fluide à réguler qui circule dans une partie de l'échangeur peut être chauffé par la mise sous tension de la résistance, ou refroidi par la circulation d'un fluide réfrigérant dans la deuxième partie de l'échangeur. Le fluide régulé peut être notamment un circuit de liquide caloporteur mis en circulation par une pompe et servant à réguler la température d'outillages ou de réacteurs. Ce type de régulateur est très compact tout en ayant une grande surface d'échange thermique et nécessite un petit volume de fluide caloporteur. Le dispositif de régulation thermique selon l'invention est caractérisé en ce que le dispositif de chauffage du fluide caloporteur est disposé à l'intérieur d'un échangeur à plaques servant au refroidissement éventuel du dit fluide caloporteur, permettant ainsi la réalisation d'un dispositif de régulation de température très compact tout en ayant une grande surface d'échange thermique et ne nécessitant qu'un petit volume de fluide caloporteur généralement de l'eau. Ce dispositif selon Invention a en outre l'avantage d'avoir un temps de réponse très court le fluide étant rapidement porté à la température désirée. Le dispositif de régulation selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte un échangeur à plaques à l'intérieur duquel sont disposées des plaques spéciales comportant des résistances électriques. Ces plaques que l'on appellera dans la suite "plaques chauffantes, sont constituées d'une ou plusieurs résistances disposées entre deux plaques réfractaires. Les dimensions des plaques chauffantes sont identiques à celles des plaques d'origine de l'échangeur. Le dispositif est remarquable en ce que les dites résistances sont intercalées entre les plaques de l'échangeur, la zone active des résistances étant fermée pour former une alvéole, au moyen de joints assurant l'étanchéité, de manière que le fluide caloporteur ne puisse venir au contact des résistances électriques. Une telle réalisation permet au dispositif de régulation de température selon l'invention de fonctionner en régime turbulent d'où l'obtention d'un excellent rendement thermique. Le dispositif selon l'invention permet de réguler la température d'un moule ou d'un réacteur, par exemple, de 5" à 250" C. Selon la régulation et le débit envisagés on réalise un échangeur comportant un empilement de plaques plus ou moins grand entre lesquelles sont intercalées un nombre plus ou moins grand de plaques chauffantes. Le dispositif selon Invention est aussi caractérisé en ce que les résistances disposées entre les plaques de l'échangeur reposent sur une face ondulée et en ce que la zone active formant alvéole pour chaque résistances peut être rempli avec un ciment réfractaire ou produit analogue bon conducteur de la chaleur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'une de ses réalisations préférées et à l'examen des dessins annexés sur lesquels: - La figure i est une vue schématique du dispositif de régulation selon l'invention. - La figure 2 est une vue schématique partielle montrant rintégration d'une plaque chauffante entre les plaques d'un échangeur selon l'invention. - La figure 3 est une vue en plan d'une plaque d'échangeur avec plaque chauffante selon la ligne III -III de la figure 2. - La figure 4 est un schéma d'un dispositif de régulation de la température selon l'invention. En se reportant à la figure 1 qui est un schéma de principe d'un élément de base destiné à constituer le dispositif de régulation de température selon l'invention on voit qu'il est constitué par un empilement i de plaques nervurées 2 d'un type connu. Entre les plaques 2a passe un fluide de refroidissement FR et entre les plaques 2b et 2a passe le fluide caloporteur FC. Entre les plaques 2b est intercalée une plaque chauffante 7comportant une résistance électrique de chauffage 3, disposée entre des plaques 4 de matériaux réfractaires. Dans un empilement de plaques 2 on peut, par exemple, disposer trois plaques chauffantes7 connectées à une source triphasée ou les monter en parallèle. En agissant soit sur le débit du fluide de refroidissement, soit sur la résistance chauffante on obtient la température désirée du fluide caloporteur. Sur la figure 2 on a représenté schématiquement une partie de l'empilement de plaques 2 formant l'échangeur du dispositif selon l'invention. Cet échangeur est formé par l'empilement d'un certain nombre de plaques 2 présentant de manière connue des volutes, ou ondulations lo pour forcer le fluide en circulation à des turbulences; ces plaques 2 sont munies d'orifices 5 à chaque extrémité pour permettre l'entrée et la sortie dans leur cavité respective du fluide caloporteur et du fluide de refroidissement. Entre ces plaques 2 et sur leur pourtour sont disposés des joints 6, de type connu, qui ont pour but d'assurer l'étanchéité entre chaque plaque 2 et également autour des orifices 5 d'arrivée et de sortie des fluides des dites plaques empilées. Afin que les fluides puissent circuler entre deux plaques 2 le joint 6 est sectionné autour de l'orifice 5 une fois sur deux. Selon l'invention, entre les plaques 2 est disposée une plaque chauffante 7 qui peut être un empilement de plaques avec une résistance 3 à l'intérieur, l'ensemble des résistances étant relié à une source électrique. Afin d'assurer une étanchéité parfaite un joint 8 de section circulaire est disposé autour de l'orifice 5 où circule le fluide. Ce joint 8 peut avoir une section quelconque mais son épaisseur doit être plus grande que l'épaisseur de la plaque chauffante 7 additionnée de la distance séparant deux plaques 2 afin qu'au montage il soit écrasé et assure ainsi une étanchéité parfaite. Il doit aussi être en matière résistant à la température maximum réalisée. Les alvéoles 10 formées au dessus et en dessous de la plaque chauffante 7 peuvent être remplies avec un ciment réfractaire ou matériau analogue bon conducteur de la chaleur. Au dessous et en dessous de l'empilement des plaques de l'échangeur sont disposées deux plaques isolantes. Sur la figure 3 on a représenté une vue en plan des plaques 2 selon la ligne E-III de la figure 2 montrant les orifices 5a de passage du fluide caloporteur et ceux 5b du fluide de refroidissement ainsi que Femplacement des joints d'étanchéité 8 et 6, et de la résistance 3. La zone hachurée représente l'emplacement de la résistance chauffante 3. Comme on peut le voir la partie active des plaques chauffantes 7 se trouve en deça du joint 6. La figure 4 est un schéma du dispositif de régulation de température selon l'invention comme on peut le voir sur cette figure le dispositif selon l'invention est très simple. I1 comporte un échangeur à plaques 1 avec sa ou ses résistances électriques de chauffage 3, traversé, d'une part, par un circuit de fluide caloporteur i1 en circulation forcée au moyen d'une pompe 12 jusqu'à l'outillage ou réacteur à réguler, non représenté, et d'autre part, par un circuit d'eau froide 13. Deux électrovannes 14 et 15 sont prévues pour isoler le fluide caloporteur et limiter les fuites dans le circuit fermé il qui va vers le moule ou le réacteur. Bien entendu sur le dispositif selon Invention est prévu également une prise de température permanente dans l'échangeur liée à un système de régulation de type connu qui permet une lecture continue de la température du fluide caloporteur à l'intérieur de l'échangeur et sa limitation à une température maximale. Ce dispositif peut assurer, le cas échéant, la régulation de la température si le moule ou le réacteur ne comporte pas de sonde de température. Bien entendu le dispositif selon la présente invention peut être utilisé non seulement pour la régulation de la température des moules, mais également des cylindres et vis d'extrusion, des réacteurs utilisés dans l'industrie chimique et en complément pour les pompes à chaleur, le chauffage solaire ou géothermique. En outre, si l'on considère l'utilisation du circuit FC seul, en éliminant le circuit FR, l'ensemble restant devient un système simple permettant de chauffer un liquide en circulation par exemple chaudière électrique ou chauffe eau. En outre, il est d'un prix de revient très bas; facilement démontable, les divers éléments le constituant pouvant être rapidement remplacés ou modifiés. REVEI%ATIONS 1 - Dispositif de régulation thermique d'un fluide caractérise par l'emploi d'un échangeur à plaques (1) comportant des résistances électriques (3) chauffantes, formant un ensemble compact possédant une grande surface d'échange thermique. 2 - Dispositif de régulation thermique d'un fluide selon 1 caractérisé en ce que les résistances chauffantes (3) sont disposées entre deux plaques ( 4 ) en matériaux réfractaires afin de former une plaque chauffante (7). 3 - Dispositif de régulation thermique d'un fluide selon 1 caractérisé en ce que les plaques chauffantes (7) sont disposées entre les plaques (2b) de échangeur (1), dans une zone active fermée au moyen de joints (8) assurant une étanchéité entre les dites plaques (7) et les fluides caloporteurs et de refroidissement. 4 - Dispositif de régulation thermique d'un fluide selon 1 caractérisé en ce que les plaques chauffantes (7) reposent sur les ondulations (bides plaques (2b). 5 - Dispositif de régulation thermique d'un fluide selon 2 caractérisé en ce que la zone active fermée contenant les plaques chauffantes (7) sont remplies avec un ciment réfractaire ou analogue bon conducteur de la chaleur. 6 - Dispositif de régulation thermique d'un fluide selon 2 caractérisé en ce que les joints d'étanchéité (8) entourant les orifices (5) de passage des fluides au niveau des plaques (7) ont une épaisseur plus grande que la hauteur des dites plaques additionnées de la distance séparant deux plaques (2). 7 - Dispositif de régulation thermique d'un fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que l'échangeur à plaques(l) comporte deux parois isolantes à chaque extrémité de l'empilement des plaques. 8 - Dispositif de régulation de température d'un outillage ou d'un réacteur caractérisé en ce qu'il comporte un échangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 à plaques (2) avec résistances (3) électriques de chauffage incorporées traversé par un circuit de fluide caloporteur (11), mis en circulation forcée par une pompe (12), et par un circuit de refroidissement, (13) le circuit caloporteur comportant deux électrovannes (14-15). 9 - Dispositif de régulation de température dwun outillage selon 8 caractérisé en ce que le fluide caloporteur circule de l'échangeur à l'outillage en circuit fermé sans réservoir.