Brevet FR2722359A1 — publié le 19960112

DISPOSITIF DE CHAUFFAGE PAR EFFET JOULE A DENSITE DE FLUX VARIABLE D'UN FLUIDE DANS UN TUBE A PASSAGE DE COURANT La présente invention concerne un dispositif de chauffage par effet Joule du type comprenant un tube de circulation d'un fluide et des moyens générateurs de tension électrique comprenant au moins un ensemble d'application d'une tension électrique entre les extrémités du tube ou d'un élément dudit tube, ledit ensemble étant agencé pour chauffer le tube ou l'élément dudit tube par effet Joule en générant un courant électrique dans les parois du tube ou de l'élément du tube. Le fluide à chauffer circulant à l'intérieur du tube, celui-ci joue donc à la fois le rôle d'un générateur de chaleur et celui de guide hydraulique. L'invention trouve une application particulièrement importante bien que non exclusive dans les domaines de l'agro-alimentaire, de la chimie, de la pétrochimie ou encore de la métallurgie. D'autres applications sont bien entendu envisageables, en particulier dans le domaine de la dépollution, par exemple pour détruire des solvants ou traiter des effluents. On connaît déjà des échangeurs électriques de chauffage par effet Joule d'un fluide dans un tube formant résistance électrique dit tube à passage de courant, en initiales TPC, du type ci-dessus défini. On a par exemple représenté sur les figures 1 et ibis deux modes de réalisation connus de tubes à passage de courant, à densité de flux thermique constante dans le sens axial du tube. L'échangeur 1 (voir figure 1) est par exemple constitué d'un tube cylindrique métallique 2 de circulation d'un fluide 3 et de moyens 4 générateurs d'une tension électrique constante entre les extrémités de deux portions adjacentes identiques 5 et 6 du tube. Plus précisément, les moyens 4 générateurs sont connectés électriquement, d'une part au milieu 7 du tube séparant les deux portions et d'autre part aux extrémités externes 8 et 9 desdites portions, qui sont mises au même potentiel, par exemple à la masse. La figure lbis montre un autre mode de réalisation d'un échangeur connu 10 en tube à passage de courant, comprenant un tube cylindrique 11 de passage d'un fluide 12 connecté à chacune de ses extrémités 13 et 14 à des moyens générateurs de courant électrique basse tension 15. De tels échangeurs présentent des inconvénients. En effet, dans de nombreuses applications ils ne permettent pas de modifier la densité du flux thermique générée par le tube, dans la direction axiale de celui-ci. Pour pallier cet inconvénient, la présente invention propose un dispositif de chauffage du type ci-dessus défini, répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'elle permet une meilleure adaptation de l'échangeur à une utilisation dans le domaine de l'agro-alimentaire ou de la chimie fine en autorisant une variation du flux généré par le TPC dans le sens d'écoulement du fluide. Dans ce but, la présente invention propose essentiellement un dispositif de chauffage par effet Joule comprenant un tube de circulation d'un fluide et des moyens générateurs de tension électrique comprenant au moins un ensemble d'application d'une tension électrique entre les extrémités du tube ou d'un élément dudit tube, ledit ensemble étant agencé pour chauffer le tube ou l'élément dudit tube par effet Joule en générant un courant électrique dans les parois du tube ou de l'élément du tube, caractérisé en ce que le tube et/ou les moyens générateurs de tension sont agencés pour faire varier la puissance dissipée par effet Joule dans le tube, dans le sens axial dudit tube. Dans des modes de réalisation avantageux, on a de plus recours à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes - le tube comprend plusieurs éléments de tube identiques connectés les uns aux autres, chacun relié à un ensemble d'application d'une tension différente - le tube comprend plusieurs éléments de tube de longueurs différentes, alimentés sous une même tension - les parois du tube ou de l'élément de tube reliées à l'ensemble d'application de tension sont d'épaisseur croissante (ou décroissante) - l'épaisseur des parois varie de façon discontinue - le tube ou l'élément de tube est de section de passage du fluide croissante - le tube est d'épaisseur de parois constante - le tube est constitué en un matériau de résistivité variable en fonction de sa position axiale, par exemple en matériau semi-conducteur dopé de façon variable - la tension d'alimentation électrique est une tension quelconque (alternative, continue, sinusoïdale ou non ....). L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description de modes de réalisation de l'invention donnés ci-après à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent dans lesquels - les figures 1 et ibis, d'ores et déjà décrites, montrent deux modes de réalisation connus d'échangeur de chaleur comprenant des tubes à passage de courant - la figure 2 montre un premier mode de réalisation, en coupe, d'un dispositif de chauffage selon l'invention ; - la figure 3 montre un deuxième mode de réalisation, en coupe, d'un dispositif de chauffage selon l'invention ; - la figure 4 montre un troisième mode de réalisation, en coupe, d'un dispositif de chauffage selon l'invention ; - les figures 5 et 6 montrent deux autres modes de réalisation d'un dispositif de chauffage selon l'invention. Sur la figure 2, il est représenté en coupe un échangeur 16 comprenant un tube métallique 17, par exemple en acier inoxydable, de diamètre interne constant et de diamètre externe croissant de façon continue. Des moyens 18 de génération d'une tension continue ou alternative, par exemple de 10 Volts, sont prévus et connectés aux bornes 19 et 20 du tube par exemple par l'intermédiaire de colliers, brides, cosses, pattes soudées, etc, connus en eux-mêmes (non représentés). L'épaisseur de la paroi 21 varie donc entre une valeur faible, générant axialement une énergie thermique par effet Joule forte, et une valeur forte, générant une plus faible énergie thermique par effet Joule, ou autrement dit, de plus faible densité de flux thermique. La figure 3 montre un échangeur 22 comprenant un tube 23 percé de part en part d'un alesage cylindrique interne 24, de diamètre constant, et muni de parois 25 d'épaisseur croissante, la variation d'épaisseur se faisant de façon discontinue, par exemple en quatre tronçons ou quatre parties cylindriques successives en escalier, de diamètre croissant. Les bornes du tube 23 sont par ailleurs connectées à un générateur de tension par exemple de 20 Volts, connu en lui-même. La figure 4 montre un échangeur 27 comprenant un tube 28 allongé autour d'un axe 29, percé de part en part dans le sens axial par un alésage tronconique 30 et présentant une paroi 31 d ' épaisseur constante. La figure 5 montre un autre échangeur 32 selon l'invention comprenant un tube cylindrique métallique 33 de parois d'épaisseur constante, divisé en deux parties de longueur différente, à savoir une petite partie 34 et une grande partie 35. Les moyens 36 de génération d'une tension sont d'une part connectés en 37 à la jonction entre les parties 34 et 35, et d'autre part aux extrémités externes respectives 38 et 39 des parois 34 et 35, extrémités par ailleurs et par exemple à la masse. La tension identique appliquée entre des parties de tube conducteur de longueur différente, engendre donc des densités de flux thermique variant dans le sens axial 38 du tube. La figure 6 montre un autre mode de réalisation d'un échangeur 40 selon l'invention comprenant plusieurs éléments 41 de tube de longueur identique, par exemple trois, reliés les uns aux autres, par exemple en étant formés d'une seule pièce. L'échangeur comprend trois générateurs 42, 43 et 44 de tension différente, à savoir par exemple 5, 10 et 15 Volts, chacun des générateurs étant respectivement et par exemple connecté d'une part aux centres respectifs 45 de chaque élément et d'autre part à ses extrémités, mises au même potentiel, par exemple ici encore mises à la masse. Selon l'invention l'alimentation électrique peut se faire en courant continu ou en courant alternatif (mono ou polyphasé), à la fréquence du réseau (50 Hz), ou à une autre fréquence prédéterminée, par exemple lorsqu'on veut tenir compte de l'effet de peau sur le tube ou les éléments de tube conducteur. Le ou les éléments de tube peuvent être métalliques ou réalisés à partir d'autre matériau simple ou composite, naturellement conducteur de l'électricité ou traité pour le devenir. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation plus particulièrement décrits. Elle en embrasse au contraire toutes les variantes et notamment celles où - le tube ou les éléments du tube sont lisses, de forme ronde, ovale, carrée, rectangulaire ou profilés de façon autres - le tube est à surface d'échange améliorée (cannelures, ailettes, tubes vrillés, ...) - le dispositif comporte plusieurs tubes pour créer des conduits annulaires - le dispositif est formé d'une association de tubes entre eux autorisant tous types de branchement électrique, en série, en parallèle, en étoile simple ou multiple, en triangle simple ou multiple, et/ou permettant une circulation du fluide en série, en parallèle ou en plusieurs passes - la disposition générale du tube ou des éléments du tube se fait selon toutes dispositions (tubes droits, en serpentin, en hélice, imbriqués ou non) - le ou les tubes peuvent être, ou non, placés dans une enceinte calorifugée. REVENDICATIONS 1. Dispositif (1, 10, 16, 22, 27, 32, 40) de chauffage d'un fluide comprenant un tube (2, 11, 17, 23, 28, 33) de circulation d'un fluide et des moyens (4, 15, 18, 26) générateurs de tension électrique comprenant au moins un ensemble d'application d'une tension électrique entre les extrémités (8, 9 ; 13, 14 ; 19, 20 ; 38, 39) du tube ou d'un élément dudit tube, ledit ensemble étant agencé pour chauffer le tube ou l'élément dudit tube par effet Joule en générant un courant électrique dans les parois du tube ou de l'élément dudit tube, caractérisé en ce que le tube et/ou les moyens générateurs de tension sont agencés pour faire varier la puissance dissipée par effet Joule dans le tube, dans le sens axial dudit tube. 2. Dispositif (40) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube (40) comprend plusieurs éléments (41) de tubes connectés les uns aux autres chacun relié à un ensemble (42, 43, 44) d'application d'une tension différente. 3. Dispositif (32) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube comprend plusieurs éléments (34, 35) de tube de longueurs différentes, alimentés sous une même tension. 4. Dispositif (16, 22) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parois (21, 25) du tube ou de l'élément de tube relié à l'ensemble d'application de tension sont d'épaisseur croissante. 5. Dispositif (22) selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'épaisseur des parois (25) varie de façon discontinue. 6. Dispositif (27) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube (28) ou l'élément de tube est de section de passage du fluide croissante. 7. Dispositif (27) selon la revendication 6, caractérisé en ce que le tube (28) est d'épaisseur de paroi (31) constante. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le tube est constitué en un matériau de résistivité variable en fonction de sa place dans le tube. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tension d'alimentation électrique est une tension d'alimentation alternative.