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La Société dite : HEW-Kabel
Heinz Eilentropp KG à Wipperfürth (République Fédérale d'Allemagne) Elément électrique flexible, divisible en tronçons,
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pour le chauffage ou pour la mesure de la température" C > C. I. : Demandes de brevets de la République Fédérale d'Allemagne P 32 33 904.6 déposée le 13 septem- bre 1982, no P 32 33 928.3 déposée le 13 septem- bre 1982 et no P 32 43 061.2 déposée le 22 novem- bre 1982.
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La présente invention concerne un élément électrique flexible, divisible en tronçons, pour le chauffage ou pour la mesure de la température, constitué par des âmes d'alimentation isolées et un ou plusieurs conducteurs de chauffage ou de mesure qui sont en contact, directement ou par l'intermédiaire de ponts de contact, avec les conducteurs des âmes d'alimentation, en des points répartis à intervalles sur la longueur de ceux-ci, et forment, entre points de contact successifs, et en alternant d'une âme d'alimentation à l'autre, des zones de chauffage d'une puissance définissable ou des zones de mesure.
On connaît des éléments chauffants flexibles, par exemple sous la dénomination commerciale"Eco- notrace". Ces câbles chauffants, proposés pour résoudre des problèmes de chauffage d'accompagnement, présentent des âmes d'alimentation avec un conducteur en cuivre et une isolation en polytétrafluoroéthylène-perfluoropylène (FEP). C'est en ce même matériau qu'est aussi constitué l'isolant dit"interne", qui entoure les deux âmes d'alimentation conjointement et par-dessus lequel est enroulé le conducteur de chauffage proprement dit, constitué en un alliage chrome-nickel.
L'isolant interne et l'isolant de l'âme sont éliminés, en des points prévus à intervalles sur les bords extérieurs, de sorte que la ou les spires considérées du conducteur de chauffage se trouvent être mises en contact de conduction d'électricité avec les conducteurs des âmes d'alimentation. L'inconvénient de ce système réside dans le fait que, en raison de la flexibilité exigée du câble de chauffage, les spires du conducteur de chauffage risquent de se décaler, de sorte qu'un contact parfait avec les conducteurs des âmes d'alimentation n'est pas toujours garanti.
Le même risque subsiste aussi longtemps, à la suite de l'échauffement et de la dilatation thermique,
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qui en résulte, des matériaux utilisés, le relâchement des spires a pour effet que le conducteur de chauffage s'écarte du conducteur d'alimentation dans l'un ou l'autre endroit.
L'inconvénient de ce système, ainsi que des bandes chauffantes dites"autorégulées" (document US-PS 4 194 536), réside dans la nécessité de poser
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des ou lignes supplémentaires, par exemple pour des ca la surveillance ou la commande du système de chauffage. Cependant, le désavantage déterminant consiste en ce que la puissance des éléments chauffants connus-et cela même sous une forme autorégulée-est limitée. Ceci a pour résultat que le chauffage ou l'équilibrage de température de grands tronçons de tube par exemple, qui servent au transport de milieux-c'est-à-dire les chauffages d'accompagnement par tubes-ne peut être réalisé que moyennant un grand nombre de points de raccordement et de connexion.
Ceci en faisant abstraction du fait que précisément dans cette forme de chauffage ou d'équilibrage de température, connue dans la technique, dite des"faisceaux tubulaires câbles", on se trouve souvent devant la nécessité-dans le cas d'un embranchement de tuyau par exemple-de tempérer à la fois la conduite qui poursuit l'acheminement et la conduite de départ.
L'injection supplémentaire de courant de chauffage, nécessaire dans ce cas, se heurte souvent, précisément en ces endroits, à des difficultés dues à un manque d'espace ou un manque de possibilités de raccordement électrique, abstraction faite des cas où les points de raccordement ou de jonction doivent être rendus particulièrement étanches à la pénétration de l'humidité, ou des cas où l'on exige que le point d'embranchement ou de jonction soit à l'épreuve d'une explosion.
Ceci vaut en substance aussi pour un autre
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câble de chauffage connu (W082/01112), où le conducteur a c
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est disposé parallèlement aux âmes d'alimentation, ellesmêmes parallèles entre elles. La liaison galvanique entre l'âme d'alimentation considérée et le conducteur de chauffage, prévue à intervalles, est effectuée à l'aide d'éléments de contact spéciaux sous la forme de brides. Le conducteur de chauffage, disposé parallèlement, peut aussi être constitué par un enroulement hélicoïdal de fil de chauffage, appliqué sur un noyau isolé.
Partant de cet état de la technique, l'invention a donc pour objectif d'établir un élément chauffant électrique flexible qui, même dans les applications décrites plus haut, assure une répartition optimale de la chaleur, conjointement avec une haute fiabilité.
Lorsque l'élément électrique flexible doit servir non au chauffage, mais à la mesure de la température, il s'agit, à construction égale ou comparable, d'obtenir non pas une répartition optimale de la chaleur, mais plutôt une saisie optimale de la chaleur ou de la température, cela bien entendu, conjointement avec une haute fiabilité. Suivant l'invention, ce but est atteint par le fait que les conducteurs de chauffage ou de mesure sont insérés dans les âmes d'alimentation par tressage/tissage et entourent ces âmes individuellement en formant des boucles, ou sont appliqués à la manière d'une hélice autour d'âmes d'alimentation câblées.
Ces dispositions assurent la tenue du conducteur de chauffage, par exemple, dans la position prévue, et l'on évite des décalages longitudinaux des spires et leurs écarts par rapport aux zones de contact des âmes d'ali- mentation. Ceci vaut également pour l'utilisation d'un fil de chauffage en tant que conducteur de chauffage et aussi pour un élément chauffant enroulé sur un support.
Un avantage supplémentaire de l'invention réside dans le fait que, grâce, par exemple, à l'insertion par
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tressage et à la formation de boucles, on peut aménager des résistances électriques plus élevées par unité de longueur, de sorte qu'il suffit de débiter des bouts relativement courts de l'élément chauffant, lesquels procurent cependant des résistances suffisamment élevées pour assurer l'effet de chauffage.
On obtient toutefois essentiellement les mêmes avantages lorsque la ligne suivant l'invention est une ligne pour la mesure de la température, par exemple pour la surveillance de la température de câbles électriques, de tubes ou de systèmes tubulaires, lorsque le fil inséré par tressage ou tissage est un fil de résistance idoine et lorsque, à l'aide des âmes d'alimentation, on saisit, au moyen d'un montage en pont par exemple, la caractéristique de résistance de ce fil, modifiée à la suite d'une élévation de la température dans l'environnement.
Cependant, les conducteurs de mesure, insérés par tissage ou tressage, peuvent être des thermocouples qui, lorsqu'une modification de température donnée se manifeste dans le système à surveiller, émettent désormais des signaux électriques vers l'extérieur par l'entremise des âmes d'alimentation, qui sont dans ce cas hors tension. Il s'ensuit que, dans tous les cas, des zones de chauffage ou des zones de mesure ou thermocouples se trouvent rassemblés en un nombre voulu quelconque dans la bande établie suivant l'invention, ce nombre étant déterminé par l'application envisagée et la longueur du produit.
Lorsque, par exemple - ainsi qu'il a aussi été prévu par l'invention-les conducteurs de chauffage sont enroulés en hélice autour des âmes d'alimentation câblées, un tel élément, tout comme les fils de chauffage connus (document US-PS 3 355 572), peut aussi être enroulé sur une conduite par exemple, avec un tors relativement petit, de sorte que la répartition de la chaleur sur la surface de la
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conduite se trouve notablement améliorée par rapport à celle obtenue avec les éléments chauffants connus. En outre, grâce au câblage ou à la mise en faisceau, la mise en contact entre le conducteur de chauffage et les âmes d'alimentation ne risque pas d'être diminuée, voir complètement interrompue.
On obtient sensiblement les mêmes avantages - mais en suivant simplement un regard inverse-lorsque l'élément flexible suivant l'invention constitue une ligne thermométrique destinée à surveiller la température de câbles électriques, de tubes ou de systèmes tubulaires.
Dans une autre version de l'invention, l'élément chauffant ou thermométrique se voit adjoindre au moins une âme additionnelle. Le domaine d'application de tels éléments s'en trouve notablement élargi.
A cet égard, il est tout à fait sans importance que les éléments de chauffage soient d'une conformation plate, par exemple sous la forme d'un conducteur jumelé ou d'une tresse ou qu'ils présentent une forme assemblée en faisceau à section circulaire. Ce qui est au contraire déterminant c'est le fait que des fonctions de signalisation, de commande ou de surveillance soient intégrées simultanément dans cet élément chauffant, ce qui contribue notablement à accroître la fiabilité.
Des éléments de circuit distincts, capables de se charger de ces fonctions, sont éliminés, Un autre avantage essentiel réside dans le fait que, tout en conservant la même structure de l'élément chauffant, on peut encore procurer, sur le lieu même du montage, un accroissement de la puissance, uniquement en appliquant aux tronçons des dispositions relevant de la technique de couplage, par exemple en couplant en parallèle une ou plusieurs âmes supplémentaires.
Toutefois, conformément à l'invention,
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l'âme ou les âmes additionnelles peuvent être adjointes seulement dans un tronçon de l'élément chauffant et c'est seulement après raccordement à un second tronçon ou lors de l'établissement d'une bifurcation, que ces âmes peuvent être utilisées pour fournir au second tronçon et/ou au tronçon bifurquant le courant d'alimentation nécessaire pour les fils de chauffage, à partir de la source de tension située, par exemple, à l'extrémité d'amont du premier tronçon. La diminution du nombre de points d'alimentation nécessaire jusqu'à présent au niveau des éléments chauffants peut accroître notablement la fiabilité de l'ensemble du système.
Ainsi qu'il a été dit plus haut, l'âme ou les âmes additionnelles peuvent, conformément à l'invention, être couplées en paràllèle avec l'âme ou les âmes d'alimentation qui présentent des points de contact.
Ceci représente-la longueur de l'élément chauffant, restant inchangée-un accroissement de la section conductrice et donc une élévation de la puissance de chauffage. L'avantage particulier réside encore dans le fait que cette augmentation de la puissance peut aussi s'effectuer après coup, à savoir uniquement par adjonction à l'extrémité de la ligne, de sorte qu'il n'est pas nécessaire d'effectuer des travaux de montage ultérieurs sur le système déjà installé. Lorsqu'un accroissement de la puissance n'est pas exigé, l'âme additionnelle peut éventuellement servir aux fins de surveillance, par exemple, entre autres, par le fait qu'elle soit consituée spécialement, ainsi qu'il est connu en soi, en tant qu'âme de signalisation, compte tenu de sa destination.
A titre de variante, l'âme ou les âmes additionnelles peuvent être utilisées pour effectuer, à des intervalles de temps par exemple, des mesures de contrôle sur le système monté. A cette fin, on peut
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débrancher les âmes additionnelles qui avaient été adjointes au circuit en vue de l'accroissement de la puissance, marcher avec une puissance diminuée pendant la mesure de contrôle et, ensuite, revenir à la pleine puissance désirée, moyennant adjonction des circuits parallèles. Toutes les possibilités de variation mentionnées ne peuvent pas être atteintes avec les éléments chauffants connus, même ceux établis sous la forme dite"autorégulable".
A cela s'ajoute le fait que, grâce à l'adoption d'au moins une âme additionnelle, on peut aménager une plus grande longueur de fil de chauffage dans l'élément chauffant. Ceci vaut par exemple pour le cas où, conformément à une autre suggestion de l'invention, les âmes d'alimentation et les âmes additionnelles sont situées cote à côte dans un même plan, cependant que le conducteur de chauffage entoure l'ensemble de ces âmes à la manière d'une hélice, ou lorsque le conducteur de chauffage est inséré dans ces âmes par tressage ou tissage et entoure celles-ci à la manière de boucles.
Ainsi, on peut, lors du tronçonnage, confectionner des tronçons relativement courts, qui fournissent néanmoins une puissance de chauffage suffisante.
Lorsqu'on incorpore, conjointement avec le conducteur de chauffage, des filaments ou filés isolants, ceux-ci garantissent d'autre part la cohésion mécanique des éléments fondamentaux de la structure ; ils constituent la protection du conducteur de chauffage contre les contraintes mécaniques extérieures et, par le fait qu'ils forment une enveloppe quasi-perméable, font en sorte que, par exemple, la chaleur est évacuée du conducteur de chauffage, sans donner lieu à une accumulation.
Un accroissement de la puissance de chauffage peut aussi être obtenu avec une autre construction
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avantageuse, où les âmes d'alimentation et les âmes additionnelles sont arrangées en un faisceau ou un élément câblé et où le conducteur de chauffage entoure toutes les âmes à la manière d'une hélice et détermine, entre les points de contact, des zones de chauffage disposées en série. Toutefois, un accroissement de la puissance est aussi réalisable avec une exécution comportant un ou des conducteurs de chauffage disposés parallèlement aux âmes.
A coté d'une forme allongée, le ou les conducteurs de chauffage peuvent aussi présenter celle d'une hélice ou d'un cordon ; d'autre part, cette hélice ou ce cordon epeut être disposé sur un noyau de support isolant. Une autre possibilité favorable en vue de l'aménagement d'une grande longueur de fil de chauffage consiste à loger le ou les conducteurs de chauffage au sein d'une structure tressée ou de disposer les conducteurs de chauffage mêmes sous la forme d'une tresse.
Les bandes chauffantes, les câbles chauffants, etc, connus, divisibles en tronçons et disponibles dans le commerce, bandes et câbles qui comportent des conducteurs de chauffage et des âmes d'alimentation, ont ceci en commun que pour établir le contact entre le conducteur de chauffage et le conducteur d'alimentation, on élimine l'isolant des âmes d'alimentation aux endroits prévus, cela par voie mécanique, par exemple par fraisage, grattage, taillage, etc. Comme cette action est effectuée, préalablement à l'enroulement du conducteur de chauffage, sur les âmes d'alimentation déjà parfaitement isolées et éventuellement gainées, seules les zones de l'isolant situées extérieurement sont accessibles.
Ces zones relativement étroites, prévues pour l'établissement du contact, constituent des points faibles supplémentaires des lignes de
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chauffage connues. Cette mise à nu subséquente des conducteurs des âmes d'alimentation constitue apparemment une raison supplémentaire pour laquelle seule la version "bande"d'éléments chauffants fractionnables en tron- çons s'est affirmée jusqu'à présent.
Les éléments serre-contact utilisés dans les câbles de chauffage connus comportant des âmes d'alimentation et des conducteurs de chauffage parallèles à celles-ci sont, eux aussi, applicables uniquement dans les câbles de chauffage en version plate, abstraction faite de perturbations possibles, dues au coincement des éléments individuels.
Suivant une autre particularité de l'invention, les difficultés exposées sont éliminées par le fait que les âmes d'alimentation sont débarrassées de l'isolant sur tout leur pourtour aux points de contact.
Cette élimination de l'isolant est opérée lors de la confection des âmes, de sorte qu'un traitement subséquent quent, qui porte le risque d'un endommagement, est supprimé. A cela s'ajoute avant tout la possibilité d'une mise en contact efficace, désormais sûre, qui s'étend sur tout le pourtour de l'âme d'alimentation. Ceci vaut aussi bien pour les cas où les âmes sont posées côte à côte sous la forme d'une bande que pour les cas ou les âmes d'alimentation et les âmes additionnelles sont câblées entre elles ou mises en faisceau.
Comme on le sait, il est préférable d'employer-du moins pour l'isolement des âmes d'alimentation de câbles ou lignes de chauffage-des matériaux offrant une résistance élevée à la chaleur. Les matériaux de cette sorte sont, par exemple, les élastomères idoines, par exemple ceux à base de caoutchouc silicone.
Une autre possibilité avantageuse consiste à employer, pour les applications précitées, des polymères fluorés, par exemple le polytétrafluoroéthylene ou un de ses
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copolymères pouvant être mis en oeuvre à partir de la masse fondue, tels que connus généralement, par exemple, sous les dénominations FEP, PFA ou ETFE. Ainsi, le FEP est un copolymère du tétrafluoroéthylène et de perfluoropropylène, pour lequel on indique une température d'emploi continu de 2050 C, tandis que celle du PFA, qui est un perfluoro-alkoxy, se situe même dans l'ordre de grandeur de 2600 C, c'est-à-dire, correspond à l'intervalle de température du polytétrafluoroéthylène (PTFE) lui-même.
Le ETFE, connu aussi sous la dénomination commerciale Tefzel, est un copolymère modifié de l'éthylène et du tétrafluoroéthylène avec un rapport de 25 % : 75 % ; sa température d'emploi continu est indiquée avec 1550 C environ. Ces matériaux peuvent être utilisés en combinaison avec des filés isolants ou fils de soie de verre isolants ou des tresses ou tissus appropriés, que l'on applique au préalable en tant que nappes distinctes. Ces matériaux peuvent cependant aus-
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si avantageusement sous une forme renforcée par des filés, des fibres de verre, etc, ce qui per- met d'atteindre une résistance mécanique élevée, mais aussi des aptitudes favorables à la mise en oeuvre.
Les matériaux précités, mais aussi d'autres matériaux convenant au but visé, peuvent, sous une forme extrudée, être appliqués autour des conducteurs, du système de conducteurs ou de l'ensemble de l'élément chauffant (câble, bande ou ligne). Il va de soi que l'on peut aussi, dans le cadre de l'invention, appliquer ces matériaux sous la forme de bandes.
Il est aussi déjà connu en soi d'utiliser, pour l'isolement de circuits électriques, des polymères fluorés, par exemple le polytétrafluoroéthylène lui-même.
Toutefois, étant donné les difficultés de mise en oeuvre connues de tels matériaux polymères, les longueurs des produits à exécuter sont limitées. Il s'ensuit que des
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conduites ou systèmes tubulaires de grande longueur, par exemple, ne peuvent pas être chauffes purement et simplement à l'aide de lignes électriques isolées au moyen de ce matériau résistant aux hautes températures.
Ces difficultés inhérentes à l'emploi de bandes chauffantes ou de câbles chauffants connus sont surmontées, suivant une autre particularité de l'invention, par le fait que l'isolant des âmes d'alimentation, une nappe intermédiaire prévue éventuellement et/ou la gaine elle-même, sont constitués en un matériau sous forme de bande, qui est d'abord enroulé sous une forme non frittée et qui est fritté à l'état appliqué. Ce mode d'isolement permet d'établir des âmes d'alimentation pour les contraintes thermiques les plus élevées. On obtient ainsi, comparativement au formage par compression de poudre et frittage des matières synthétiques résistant aux températures élevées, des vitesses d'exécution plus élevées et surtout des longueurs débitées voulues quelconques.
Les bandes chauffantes dites autoréglables, que l'on propose principalement pour les chauffages d'accompagnement de conduites, possèdent, en raison des matériaux synthétiques employés, la propriété d'agir dans le sens d'une limitation automatique en ce qui concerne la cession de la chaleur de sorte que les limiteurs de température habituels sont considérés comme superflus. Suivant une autre particularité de l'invention, un effet analogue peut être obtenu si l'on emploie, pour le conducteur de chauffage lui-même, des métaux à haut coefficient de température. Le nickel pur, par exemple, s'est avéré approprié à cet usage.
Ainsi qu'il a été indiqué plus haut, les éléments chauffants suivant l'invention peuvent être constitués sous la forme de bandes ; ils peuvent cependans aussi présenter la forme d'un faisceau. Sous cette
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forme, les éléments chauffants peuvent aussi être utilisés, entre autres, pour les applications dites chauffages d'accompagnement de tubes, où ils sont enroulés en hélice autour du tube ou du système tubulaire considéré ou sont disposés parallèlement à l'axe du tube.
Suivant une autre particularité de l'invention, on obtient une réalisation particulièrement favorable à cet égard par une disposition consistant en ce que les âmes d'alimentation et l'âme ou les âmes additionnelles sont câblées ou rassemblées en faisceau autour du noyau, ce dernier étant constitué par un tube ou un système tubulaire destiné à recevoir des milieux liquides ou gazeux. Une telle utilisation des éléments chauffants suivant l'invention pour chauffages d'accompagnement assure un équilibrage de température parfaitement uniforme sur tout le pourtour du tube, sans qu'il soit nécessaire de recourir à des moyens supplémentaires.
Or, on obtient en outre cet avantage particulier que grâce au fait que les éléments chauffants suivant l'invention peuvent être établis en des longueurs voulues quelconques, on a désormais la possibilité de produire des conduites et/ou des systèmes tubulaires divisibles en tronçons à volonté et dont la température est susceptible d'équilibrage. Dans la forme dotée de chauffage, on peut établir des conduites en matière synthétique ou en métal, par exemple en cuivre ou en acier fin, en des longueurs pratiquement infinies, et être seulement débités, aux dimensions, sur le lieu de montage. Les conducteurs de chauffage divisibles en tron- çons offre la garantie que des tronçons de conduite plus ou moins courts ou longs bénéficieront toujours d'un équilibrage de la température, et cela sur tout le pourtour des tubes.
Lorsqu'il s'agit non pas d'une conduite, mais d'un système tubulaire, par exemple sous la forme
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d'un faisceau tubulaire constitué par une multitude de tubes individuels de petit diamètre câblés entre eux, les âmes d'alimentation et les âmes additionnelles, ainsi que le conducteur de chauffage, peuvent, conformément à un mode de réalisation de l'invention, entourer le faisceau tubulaire en une ou plusieurs nappes.
On a ici en outre la possibilité, en insérant une ou plusieurs couches isolantes intermédiaires, d'utiliser plusieurs circuits chauffants pour l'équilibrage de la température des milieux à transporter. D'autre part, on peut incorporer plusieurs circuits de chauffage dans un système tubulaire en entourant l'ensemble du faisceau tubulaire d'une nappe constituée par des âmes d'alimentation, d'âmes traditionnelles et de conducteurs de chauffage et en faisant en sorte qu'un ou plusieurs tubes de petit diamètre du faisceau tubulaire soient chauffés à part. Comme, dans chaque cas, les tubes, de même que les tubes individuels de petit diamètre et y compris les conducteurs de chauffage constitués suivant l'invention, peuvent être divisés en tron- çons à volonté, il est possible d'établir les combinaisons les plus diverses de tubes ou de systèmes tubulaires.
Ceci vaut également pour le cas où il s'agit de surveiller la conduite du le système de conduites suivant l'invention en ce qui concerne l'allure de la température du milieu transporté. Grâce au fait que l'élément thermométrique, le conducteur de résistance, le thermocouple, etc, sont répartis uniformément sur le pourtour du tube, il est possible de réaliser une allure précise de la température ; des dégâts survenant dans le système peuvent être saisis et localisés en peu de temps.
L'invention permet en outre de loqer en commun, en particulier dans le système tubulaire, des
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éléments chauffants et des éléments thermométriques.
Ainsi, par exemple dans un faisceau tubulaire câblé, constitué par plusieurs tubes individuels câblés ou assemblés en un faisceau, un tube de petit diamètre transportant un milieu peut être tempéré à l'aide d'un élément chauffant suivant l'invention, tandis que, dans le but de surveiller la température de l'ensemble du câble, le noyau, constitué par des tubes indi- viduels de petit diamètre, est entouré d'un élément thermométrique suivant l'invention sous la forme d'une nappe.
Il est dans certains cas avantageux, lors de la mise en oeuvre de l'invention, de fixer les conducteurs de chauffage ou thermométriques, au niveau des points de contact, chaque fois sur le conducteur électrique dénudé, à l'aide de moyens spéciaux, par exemple par un apport de métal sous une forme fondue, finement divisée. Une telle méthode est généralement connue dans la technique sous la dénomination de"schoopage". Des adhésifs appropriés, par exemple à base de céramique, conviennent également pour le but visé par l'invention.
L'invention sera exposée d'une manière plus détaillée, en se référant aux éléments chauffants représentés dans les figures 1 à 7 à titre d'exemples de réalisation. Il convient toutefois de faire remarquer expressément, une fois de plus, que les mêmes éléments peuvent être utilisés comme éléments de mesure.
La figure 1 représente une bande ou un câble chauffants électriques flexibles, divisibles en tron- çons, suivant l'invention, bande ou câble qui se compose des deux conducteurs d'alimentations 1 et 2 comprenant les conducteurs de tension 3 et 4, dont l'isolant est désigné par 5. La matière isolante est constituée par exemple par un caoutchouc silicone, un polymère fluoré sous une forme extrudée, donc FEP, PFA ou ETFE, ou bien
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sous forme de bande, par exemple sous celle d'une bande de PTFE, qui n'est fritté qu'après application.
La cohésion des différents conducteurs est assurée par une enveloppe 6, qui peut être un fourreau extrudé en FEP ou en caoutchouc silicone ou un enroulement d'une bande de PTFE, ou encore, un revêtement ou nappe d'un tissu ou tresse de fil ou de soie de verre.
Le fil de chauffage proprement dit 7 est appliqué sur cette couche ou nappe suivant une ligne hélicoïdale ; le contact avec les conducteurs 3 et 4 est assuré, par exemple, en éliminant l'isolant 5 de ceux-ci à intervalles, sur des courtes distances, les points dénudés respectifs des deux conducteurs étant décalés les uns par rapport aux autres dans le sens axial. Lorsque la nappe 6 est éliminée simultanément en ces endroits, le conducteur de chauffage 7 se trouve en contact avec les conducteurs 3 et 4 sur une ou plusieurs spires. On peut éluder l'élimination de la couche 3 aux points de contact, en enroulant le conducteur de chauffage-fil, hélice ou cordon avec ou sans noyau-directement sur les conducteurs et en appliquant ensuite la couche 6, par exemple sous la forme d'une bande de tissu ou d'une tresse.
Finalement, la gaine 8-par exemple en un caoutchouc silicone ou une autre matière synthétique appropriée, sous une forme extrudée ou sous celle d'une bande enroulée-sert à assurer une protection contre les attaques mécaniques extérieures. L'enveloppe peut être renforcée par des armatures intérieures de filaments, de fibres ou de filés. Une réalisation ininflammable peut s'avérer avantageuse dans certains cas.
Indépendamment de l'exécution spéciale et des matières isolantes employées, il est essentiel qu'une troisième âme 9 à conducteur 10 et à isolant 11 soit prévue dans l'élément chauffant. Cette âme supplément taire peut être mise à contribution pour les tâches
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décrites au préambule ; à cet égard, il y a lieu surtout de mettre en évidence-à côté des fonctions de commande de signalisation ou de contrôle-sa contribution en tant qu'âme sous tension, à l'accroissement de la puissance, de l'alimentation des tronçons subséquents, de l'injection triphasée, etc.
A la différence de l'élément ou câble chauffant en forme de bande, représenté dans la figure 1, la figure 2 représente une disposition où les âmes d'alimentation 12 et 13 sont rassemblées avec l'âme additionnelle 14, pour former un élément chauffant. Le conducteur de chauffage 15, constitué par exemple sous la forme d'un fil tendu établi à partir d'un alliage pour résistances électriques, est inséré dans les âmes, à l'aide de fils 16, par tressage ou tissage. Ici également, l'isolant 17 est éliminé en des points de contact, non représentés, des âmes d'alimentation, et le conducteur de chauffage 15 est en contact avec les conducteurs 18 et 19 des âmes d'alimentation 12 et 13, par une ou plusieurs spires.
Les fils ou filaments 16 garantissent la cohésion des âmes ; d'autre part, ils protègent les fils de chauffage et constituent en même temps des espaceurs pour ceux-ci.
Si cette bande chauffante est appelée à fonctionner en triphasé, l'âme 14 peut aussi être établie comme âme d'alimentation avec des points de contact.
A cette fin, et comme mentionné plus haut, l'isolant 20 doit être éliminé en des endroits décolés par rapport aux points de contact des âmes d'alimentation additionnelles, afin que le conducteur de chauffage 15 soit en contact avec le conducteur 21. Finalement, on recouvre l'âme de l'élément chauffant d'une enveloppe 22 ayant une forme qui correspond à celle représentée dans la figure 1.
Conformément à une forme de réalisation
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connue par l'état de la technique, et comportant des âmes d'alimentation et des conducteurs de chauffage, orientés parallèlement les uns aux autres, on peut, dans ce cas également, introduire avantageusement dans l'assemblage une âme additionnelle, cela soit en tant que conducteur continu, soit pour la marche en triphasé, et si l'on prévoit aussi d'une manière appropriée des ponts de contact allant de l'âme supplémentaire vers l'élément de chauffage.
La figure 3 représente une forme de réalisation de l'invention où l'on prévoit, à côté des âmes 23 et 24, et dans le même plan que ceux-ci, d'autres âmes 25 et 26, dont celle désignée par 25, par exemple, peut être constituée en tant qu'une âme d'alimentation suiveuse pour un tronçon subséquent de câble de chauffage, tandis que 26 peut être réalisée en tant qu'âme de signalisation ou de surveillance ou simplement comme conducteur de compensation. 27 désigne le conducteur de chauffage incorporé par tressage ; 28 désigne un filament ou un filé, à base de soie de verre par exemple, également incorporé par tressage.
En particulier, une telle insertion du fil de chauffage par tressage offre la possibilité de disposer les âmes d'alimentation non seulement aux bords extérieurs de la bande chauffante, mais aussi dans l'intérieur de l'assemblage, soit, de les arranger dans celui-ci en alternance avec les autres âmes. Ainsi, on peut adopter les modes de réalisation les plus divers, compte tenu du domaine d'application.
La figure 4 représente un exemple de réalisation où les âmes d'alimentation 29 et 30 de l'élément chauffant flexible, divisibles en tronçons sont câblés avec une autre âme 31. Ici également, et comme indiqué plus haut, l'isolant 32 et 33 est éliminé sur tout le pourtour, aux points de contact, des conducteurs 34 et
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35, de sorte que, dans tous les cas, et en dépit du câblage, le conducteur de chauffage 36, posé en hélice autour de l'assemblage câblé, se trouve en contact simple ou multiple avec les points considérés des âmes d'alimentation. La gaine 37 peut aussi être établie de la manière décrite plus haut. L'âme additionnelle 31 peut être accouplée, sans possibilité de mise en contact par exemple, en tant que trajet de courant parallèle, en vue d'accroître la section conductrice des âmes d'alimentation.
Un tel élément chauffant, sous une forme pouvant être divisée en tronçons à volonté et présentant une section circulaire, se laisse aussi enrouler, avec un tors relativement étroit, sur une conduite par exemple, de sorte que la répartition de la chaleur sur la surface des tubes est notablement améliorée comparativement à celle obtenue avec d'autres éléments chauffants.
On obtient une forme de réalisation particulière de l'invention, par exemple suivant la construction conforme à la figure 4, lorsque l'isolant des âmes d'alimentation et des âmes additionnelles, de même que la gaine, sont constitués par un rubanage en polytétrfluoroéthylène (PTFE), qui a été fritté après l'application des rubans initialement non frittés. La dénomination polytétrafluoroéthylène comprend en l'occurence les polymères du tétrafluoroéthylène qui comportent des additions modifiantes, mais cependant en une quantité telle que les polymères, tout comme le tétrafluoroéthylène lui-même, ne peuvent pas être mis en oeuvre à partir de la masse fondue. D'autres matériaux appropriés sont ceux à base de polyimide, par exemple.
Ainsi qu'il a été indiqué plus haut, des conducteurs de chauffage électriques, destinés aux chauffages dits"d'accompagnement"pour conduites, se sont imposés sur le marché. Ils trouvent des domaines
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d'application étendus dans l'industrie chimique par exemple, lors du transport de milieux tempérables, éventuellement en tant que canalisations pour analyses. Il s'agit en occurence, entre autres, de maintenir constante la température du milieu à transporter, depuis le point de réception jusqu'au point de délivrance. Ceci constitue dans de nombreux cas une condition absolue, car des variations de température, dans un segment de tube par exemple, peuvent déterminer une modification de l'état physique du milieu à transporter et bloquer ainsi l'ensemble de la conduite.
Un exemple d'un tel chauffage d'accompagnement d'un tube est représenté dans la figure 5. Le tube transporteur de milieu 38, qui peut évidemment aussi être l'âme d'un multitube flexible, c'est-à-dire être constitué par plusieurs tubes individuels câblés entre eux, est entouré en hélice par l'élément chauffant 39, lequel peut être lui-même constitué suivant les figures 1, 2,3 ou 4. Le chiffre 40 désigne une enveloppe calorifuge constitué en un produit mousse ou une nappe de fibres convenables ; pour assurer un rayonnement de chaleur vers l'intérieur, la surface intérieure de l'enveloppe 40 peut être métallisée. On peut cependant, dans le même but, effectuer l'enroulement d'une feuille métallique avant l'application d'une enveloppe.
La gaine 41, qui assure une résistance mécanique est constituée, par exemple, en un polyéthylène, un chlorure de polyvinyle, etc.
Finalement, la figure 6 représente une autre version améliorée du chauffage d'accompagnement.
Sur le tube transporteur de milieu 42 sont appliquées,
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par par exemple, en une nappe, les âmes d'alipar ca mentation 43 et 44, ensemble avec d'autres âmes 45. Le conducteur de chauffage 46 entoure cette nappe en hélice ; en des points de contact préparés, non représentés,
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a lieu la connexion électriquement conductrice avec les conducteurs sous tension des âmes d'alimentation 43 et 44. L'avantage essentiel de cette forme de réalisation de l'invention réside dans la répartition parfaitement uniforme de la chaleur sur le pourtour. Le système est divisible en tronçons en n'importe quels points, les tronçons étant prêts à être mis en service.
Un tel système tubulaire chauffable, qui comprend des tubes ou des conduites en matière synthétique ou en métal, peut être exécuté en longueurs pratiquement infinies et être seulement débité sur le lieu de montage en longueurs requises.
Pour accroître l'efficacité, et afin d'atteindre, ici également, la possibilité d'alimenter, à partir d'une centrale, d'autres tronçons ou canalisations de départ, une ou plusieurs des âmes 45 peuvent être mises à contribution pour le transport de la tension, mais aussi pour des processus de commande, de signalisation ou de contrôle. Par-dessus l'enroulement de fil de chauffage est disposé, par exemple, un tissu ou une tresse 47 de filé ou de soie de verre, elle même entourée d'une enveloppe calorifuge 48, disposée éventuellement après un enroulement préalable d'une bande métallique. La gaine, en une matière synthétique résistant à l'abrasion, est désignée par 49.
Le mode d'exécution représenté dans la figure 6 permet également une exploitation en triphasé ; dans ce cas, les trois âmes d'alimentation, pourvues convenablement de points de contact-c'est-à-dire de points dénudés des conducteurs d'alimentation-sont disposés en étoile sur le pourtour du tube 42.
Il va de soi qu'au lieu d'une seule nappe, le chauffage d'accompagnement du tube peut comporter deux ou plusieurs nappes d'âmes d'alimentation, ainsi que des âmes additionnelles, ces diverses nappes et âmes
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étant séparées les unes des autres par des couches isolantes intermédiaires. De cette façon, on peut même loger plusieurs circuits de chauffage dans le système tubulaire. Ceci s'applique aussi aux cas où, par exemple, un tube faisant partie d'un système tubulaire doit être chauffé séparément, mais où l'ensemble des tubes doit être mis en équilibre de température.
Le tube transporteur de milieu 42, qui est ici un tube unique, peut évidemment être ici aussi un système tubulaire constitué par des tubes individuels de petit diamètre, par exemple le noyau d'un multitube flexible câblé. Il peut cependant aussi s'agir d'un câble électrique, d'un boyau ou d'un tube ou tronçon tubulaire, comme celui utilisé dans les pistolets pulvérisateurs de peinture par exemple, ou encore, une conduite de transport, qui trouve son application dans l'industrie alimentaire. Les domaines d'application sont pratiquement illimités.
Le conducteur de chauffage même, qui peut être inséré entre les âmes par entrelacement, enroulé en hélice autour de celles-ci, ou encore, orienté parallèlement à celles-ci, est constitué en un alliage Cr-Ni, par exemple. Il s'est avéré particulièrement avantageux, pour les cas où l'on désire réaliser une autolimitation ou un autoréglage des éléments chauffants, d'établir le conducteur en un matériau à coefficient de température élevé, en nickel pur par exemple.
Dans une bande chauffante ou thermométrique, des âmes de chauffage et d'autres âmes sont situées dans un même plan. Lors de la mise en oeuvre de l'invention, il s'est avéré avantageux que les âmes d'alimentation constituent chaque fois les bords extérieurs de la bande formée par les âmes situées côte à côte dans un même plan. Ceci offre la garantie que le fil de chauffage disposera de surfaces de contact maximales sur les âmes
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d'alimentation. Ceci vaut également pour le cas où des conducteurs thermométriques sont incorporés dans l'assemblage au lieu du fil de chauffage ou conjointement avec celui-ci.
L'élément chauffant suivant la figure 7 est constitué par les âmes d'alimentation 51 et 52 disposées parallèlement entre elles, dont les conducteurs 53 sont isolés au moyen d'un rubanage 54 en polytétrafluoroéthylène (PTFE), qui a été frittée après l'application. La dénomination"polytétrafluoroéthylène"inclut en l'occurence des polymères du tétrafluoroéthylène qui comportent des additifs modificateurs, mais cependant en une quantité telle que le polymère, tout comme le polytétrafluoroéthylène lui-même, ne peut pas être mis en oeuvre à partir de la masse fondue. D'autres matériaux appropriés sont ceux à base de polyimides, par exemple.
L'isolant est éliminé tout autour aux endroits 55, 55', 55"et 56,56'et 56", de sorte qu'en ces endroits le fil de chauffage 57, inséré par tissage ou par tressage, est en contact avec les conducteurs 53 des âmes d'alimentation. Des zones de chauffage d'une puissance définissable sont ainsi formées entre les points 55 et 56, 55'et 56', 55"et 56".
Pour assurer la protection du conducteur de chauffage 57 contre les atteintes mécaniques et pour assurer la cohésion des âmes d'alimentation 51 et 52, on peut prévoir par-dessus le conducteur de chauffage une enveloppe tissée ou tressée en filaments ou filés, ou une enveloppe extrudée en caoutchouc silicone par exemple, ou une fois de plus un rubanage en PTFE.
La bande suivant la figure 7, réalisée sui- vant l'invention, peut aussi être une ligne de mesure, par exemple pour saisir une variation de température, et exercer ainsi une fonction de surveillance. Dans ce cas, le fil 57 est un thermocouple ; les âmes d'ali-
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mentation 51 et 52, prévues pour le chauffage, constituent les lignes de raccordement, qui se prolongent hors de la bande, pour les thermocouples.
Les âmes 51 et 52 peuvent aussi, comme représenté dans la figure 4, être câblées entre elles, tandis que le fil de chauffage peut être enroulé en hélice autour des éléments câblés.
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The so-called company: HEW-Kabel
Heinz Eilentropp KG in Wipperfürth (Federal Republic of Germany) Flexible electrical element, divisible into sections,
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for heating or for temperature measurement "C> CI: Patent applications of the Federal Republic of Germany P 32 33 904.6 filed on September 13, 1982, no P 32 33 928.3 filed on September 13, 1982 and no P 32 43 061.2 filed November 22, 1982.
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The present invention relates to a flexible electric element, divisible into sections, for heating or for temperature measurement, consisting of isolated supply cores and one or more heating or measurement conductors which are in contact, directly or by through contact bridges, with the conductors of the supply cores, at points distributed at intervals along their length, and form, between successive contact points, and alternating with a supply core on the other, heating zones of definable power or measurement zones.
Flexible heating elements are known, for example under the trade name "Eco-notrace". These heating cables, proposed to solve problems of accompanying heating, have supply cores with a copper conductor and polytetrafluoroethylene-perfluoropylene (FEP) insulation. It is in this same material that the so-called "internal" insulation is also made, which surrounds the two supply cores jointly and over which is wound the heating conductor proper, made of a chromium-nickel alloy. .
The internal insulation and the insulation of the core are eliminated, at points provided at intervals on the external edges, so that the considered turn (s) of the heating conductor is found to be in contact of conduction of electricity with the conductors of the supply cores. The disadvantage of this system is that, due to the flexibility required of the heating cable, the turns of the heating conductor may shift, so that perfect contact with the conductors of the supply cores n is not always guaranteed.
The same risk remains as long, as a result of heating and thermal expansion,
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which results from the materials used, the loosening of the turns has the effect that the heating conductor moves away from the supply conductor in one or the other place.
The drawback of this system, as well as so-called "self-regulating" heating strips (document US-PS 4 194 536), lies in the need to lay
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additional lines or lines, for example for monitoring or controlling the heating system. However, the decisive disadvantage is that the power of known heating elements - even in self-regulating form - is limited. This has the result that the heating or temperature equalization of large sections of tube for example, which are used for the transport of media - that is to say the accompanying heating by tubes - can only be achieved by means of a large number of connection and connection points.
This disregards the fact that precisely in this form of heating or temperature equalization, known in the art, known as "tubular cable bundles", we are often faced with the need - in the case of a branching of a pipe for example-to temper both the pipe that continues the route and the start pipe.
The additional injection of heating current, necessary in this case, often encounters, precisely in these places, difficulties due to a lack of space or a lack of possibilities of electrical connection, apart from the cases where the points of Connection or junction must be made particularly impervious to the penetration of humidity, or in cases where the branch or junction point is required to be explosion proof.
This also applies in substance to another
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known heating cable (W082 / 01112), where the conductor has c
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is arranged parallel to the supply cores, themselves parallel to each other. The galvanic connection between the supply core considered and the heating conductor, provided at intervals, is carried out using special contact elements in the form of flanges. The heating conductor, arranged in parallel, can also be constituted by a helical winding of heating wire, applied to an insulated core.
Starting from this state of the art, the invention therefore aims to establish a flexible electric heating element which, even in the applications described above, ensures optimum heat distribution, together with high reliability.
When the flexible electrical element is to be used not for heating but for temperature measurement, the aim is, with equal or comparable construction, to obtain not an optimal distribution of the heat, but rather an optimal capture of the heat or temperature, of course, in conjunction with high reliability. According to the invention, this object is achieved by the fact that the heating or measurement conductors are inserted into the supply cores by braiding / weaving and surround these cores individually by forming loops, or are applied in the manner of a propeller around wired supply cores.
These arrangements ensure the holding of the heating conductor, for example, in the position provided, and longitudinal offsets of the turns and their deviations from the contact zones of the supply cores are avoided. This also applies to the use of a heating wire as a heating conductor and also for a heating element wound on a support.
An additional advantage of the invention resides in the fact that, thanks, for example, to insertion by
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braiding and in the formation of loops, higher electrical resistances can be arranged per unit of length, so that it suffices to cut relatively short ends of the heating element, which however provide sufficiently high resistances to ensure the heating effect.
However, essentially the same advantages are obtained when the line according to the invention is a line for measuring the temperature, for example for monitoring the temperature of electric cables, tubes or tubular systems, when the wire inserted by braiding or weaving is a suitable resistance wire and when, using the supply cores, one seizes, by means of a bridge assembly for example, the resistance characteristic of this wire, modified following an elevation of the temperature in the environment.
However, the measurement conductors, inserted by weaving or braiding, can be thermocouples which, when a given temperature change occurs in the system to be monitored, now emit electrical signals to the outside through the cores d 'power supply, which in this case are de-energized. It follows that, in all cases, heating zones or measurement zones or thermocouples are found in any desired number in the strip established according to the invention, this number being determined by the envisaged application and the product length.
When, for example - as also provided by the invention - the heating conductors are wound in a helix around the wired supply cores, such an element, just like the known heating wires (document US-PS 3 355 572), can also be wound on a pipe for example, with a relatively small twist, so that the distribution of heat on the surface of the
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conduct is significantly improved compared to that obtained with known heating elements. In addition, thanks to the wiring or bundling, the contact between the heating conductor and the supply cores is not likely to be reduced, or even completely interrupted.
The same advantages are obtained substantially - but simply by following a reverse look - when the flexible element according to the invention constitutes a thermometric line intended to monitor the temperature of electric cables, tubes or tubular systems.
In another version of the invention, the heating or thermometric element is added at least one additional core. The scope of such elements is significantly expanded.
In this respect, it is entirely unimportant that the heating elements are of a flat conformation, for example in the form of a twin conductor or a braid or that they have a form assembled in bundle with cross-section. circular. On the contrary, what is decisive is the fact that signaling, control or monitoring functions are integrated simultaneously into this heating element, which contributes significantly to increasing reliability.
Separate circuit elements capable of performing these functions are eliminated. Another essential advantage lies in the fact that, while retaining the same structure of the heating element, it is still possible to obtain, at the very place of assembly. , an increase in power, only by applying to the sections provisions relating to the coupling technique, for example by coupling in parallel one or more additional cores.
However, in accordance with the invention,
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the additional core or cores can be added only in one section of the heating element and it is only after connection to a second section or during the establishment of a bifurcation, that these cores can be used to supply the second section and / or to the section branching off the supply current necessary for the heating wires, from the voltage source situated, for example, at the upstream end of the first section. Reducing the number of feed points required so far at the heating elements can significantly increase the reliability of the entire system.
As mentioned above, the additional core or cores can, in accordance with the invention, be coupled in parallel with the core or the supply cores which have points of contact.
This represents the length of the heating element, remaining unchanged, an increase in the conductive section and therefore an increase in the heating power. The particular advantage also lies in the fact that this increase in power can also be carried out after the fact, namely only by adding to the end of the line, so that it is not necessary to carry out subsequent assembly work on the already installed system. When an increase in power is not required, the additional core may possibly be used for surveillance purposes, for example, inter alia, by the fact that it is specially incorporated, as is known per se, as a signaling core, taking into account its destination.
As a variant, the additional core or cores can be used to carry out, at time intervals for example, control measurements on the mounted system. To this end, we can
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disconnect the additional cores which had been added to the circuit in order to increase the power, walk with a reduced power during the control measurement and then return to the desired full power, by adding parallel circuits. All the possibilities of variation mentioned cannot be achieved with known heating elements, even those established in the so-called "self-regulating" form.
Added to this is the fact that, thanks to the adoption of at least one additional core, it is possible to arrange a greater length of heating wire in the heating element. This applies, for example, to the case where, in accordance with another suggestion of the invention, the supply cores and the additional cores are located side by side in the same plane, while the heating conductor surrounds all of these cores in the manner of a helix, or when the heating conductor is inserted into these cores by braiding or weaving and surrounds them in the manner of loops.
Thus, it is possible, during cutting, to make relatively short sections, which nevertheless provide sufficient heating power.
When incorporating, together with the heating conductor, insulating filaments or yarns, these also guarantee the mechanical cohesion of the fundamental elements of the structure; they constitute the protection of the heating conductor against external mechanical stresses and, by the fact that they form a quasi-permeable envelope, ensure that, for example, the heat is removed from the heating conductor, without giving rise to a accumulation.
An increase in heating power can also be obtained with another construction
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advantageous, where the supply cores and the additional cores are arranged in a bundle or a wired element and where the heating conductor surrounds all the cores in the manner of a helix and determines, between the points of contact, zones of heating arranged in series. However, an increase in power is also possible with an embodiment comprising one or more heating conductors arranged parallel to the cores.
Besides an elongated shape, the heating conductor (s) can also have that of a helix or a cord; on the other hand, this propeller or this cord can be placed on an insulating support core. Another favorable possibility for the arrangement of a long length of heating wire consists in accommodating the heating conductor (s) within a braided structure or in arranging the heating conductors themselves in the form of a braid .
The known heating strips, heating cables, etc., divisible into sections and commercially available, strips and cables which include heating conductors and supply cores, have this in common that for establishing contact between the conductor heating and the supply conductor, the insulation of the supply cores is eliminated in the places provided, this by mechanical means, for example by milling, scraping, cutting, etc. As this action is carried out, prior to the winding of the heating conductor, on the supply cores already perfectly insulated and possibly sheathed, only the zones of the insulation situated externally are accessible.
These relatively narrow zones, provided for establishing contact, constitute additional weak points of the lines of
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known heating. This subsequent exposure of the conductors of the supply cores apparently constitutes an additional reason why only the "strip" version of heating elements which can be divided into sections has been asserted so far.
The contact-clamping elements used in known heating cables comprising supply cores and heating conductors parallel to them are also applicable only in heating cables in flat version, apart from possible disturbances, due to the jamming of the individual elements.
According to another feature of the invention, the difficulties exposed are eliminated by the fact that the supply cores are freed from the insulation around their entire periphery at the contact points.
This removal of the insulation is carried out during the making of the cores, so that a subsequent treatment which carries the risk of damage is eliminated. To this is added above all the possibility of effective contacting, now safe, which extends around the entire periphery of the supply core. This applies as well for cases where the cores are laid side by side in the form of a strip as for cases where the supply cores and the additional cores are wired together or bundled.
As is known, it is preferable to use - at least for the insulation of the supply cores of cables or heating lines - materials offering a high resistance to heat. Materials of this kind are, for example, suitable elastomers, for example those based on silicone rubber.
Another advantageous possibility consists in using, for the abovementioned applications, fluorinated polymers, for example polytetrafluoroethylene or one of its
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copolymers which can be used from the melt, as generally known, for example, under the names FEP, PFA or ETFE. Thus, FEP is a copolymer of tetrafluoroethylene and perfluoropropylene, for which a continuous use temperature of 2050 ° C. is indicated, while that of PFA, which is a perfluoroalkoxy, is even in the order of magnitude. 2600 C, that is to say, corresponds to the temperature range of the polytetrafluoroethylene (PTFE) itself.
ETFE, also known under the trade name Tefzel, is a modified copolymer of ethylene and tetrafluoroethylene with a ratio of 25%: 75%; its continuous use temperature is indicated with approximately 1550 C. These materials can be used in combination with insulating yarns or insulating glass silk threads or suitable braids or fabrics, which are applied beforehand as separate sheets. These materials can however also
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if advantageously in a form reinforced by yarns, glass fibers, etc., which makes it possible to achieve high mechanical strength, but also aptitudes favorable to implementation.
The aforementioned materials, but also other materials suitable for the intended purpose, can, in an extruded form, be applied around the conductors, the conductor system or the entire heating element (cable, strip or line). It goes without saying that it is also possible, within the framework of the invention, to apply these materials in the form of strips.
It is also already known in itself to use, for the isolation of electrical circuits, fluorinated polymers, for example polytetrafluoroethylene itself.
However, given the known implementation difficulties of such polymeric materials, the lengths of the products to be executed are limited. It follows that
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Long pipes or tubular systems, for example, cannot simply be heated using power lines insulated with this high temperature resistant material.
These difficulties inherent in the use of heating strips or known heating cables are overcome, according to another feature of the invention, by the fact that the insulation of the supply cores, an intermediate sheet possibly provided and / or the sheath itself, are made of a strip material, which is first wound up in an unsintered form and which is sintered in the applied state. This isolation mode makes it possible to establish supply cores for the highest thermal stresses. Compared to forming by powder compression and sintering of synthetic materials resistant to high temperatures, higher speeds of execution are obtained, and above all any desired lengths of cut.
The so-called self-regulating heating bands, which are mainly proposed for the accompanying heaters of pipes, have, due to the synthetic materials used, the property of acting in the direction of an automatic limitation with regard to the transfer of heat so the usual temperature limiters are considered superfluous. According to another particular feature of the invention, a similar effect can be obtained if metals with a high temperature coefficient are used for the heating conductor itself. Pure nickel, for example, has been found suitable for this purpose.
As indicated above, the heating elements according to the invention can be formed in the form of strips; they can however also have the shape of a beam. Under this
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shape, the heating elements can also be used, among other things, for so-called heating applications accompanying tubes, where they are wound in a helix around the tube or tubular system considered or are arranged parallel to the axis of the tube.
According to another feature of the invention, an embodiment particularly favorable in this respect is obtained by an arrangement consisting in that the supply cores and the additional core or cores are wired or gathered in bundles around the core, the latter being constituted by a tube or a tubular system intended to receive liquid or gaseous media. Such use of the heating elements according to the invention for back-up heaters ensures perfectly uniform temperature balancing over the entire periphery of the tube, without the need for additional means.
However, this particular advantage is also obtained that thanks to the fact that the heating elements according to the invention can be established in any desired length, there is now the possibility of producing pipes and / or tubular systems which can be divided into sections at will. and whose temperature is capable of balancing. In the form provided with heating, one can establish plastic or metal pipes, for example copper or fine steel, in practically infinite lengths, and be only cut, to dimensions, at the place of assembly. The heating conductors which can be divided into sections offer the guarantee that shorter or longer or shorter sections of pipe will always benefit from temperature balancing, and this around the entire circumference of the tubes.
When it is not a pipe, but a tubular system, for example in the form
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of a tubular bundle constituted by a multitude of individual tubes of small diameter wired together, the supply cores and the additional cores, as well as the heating conductor, can, in accordance with one embodiment of the invention, surround the tube bundle in one or more layers.
It is also possible here, by inserting one or more intermediate insulating layers, to use several heating circuits for balancing the temperature of the media to be transported. On the other hand, several heating circuits can be incorporated into a tubular system by surrounding the whole of the tubular bundle with a sheet made up of supply cores, of traditional cores and of heating conductors and by ensuring that one or more tubes of small diameter of the tube bundle are heated apart. As, in each case, the tubes, as well as the individual tubes of small diameter and including the heating conductors formed according to the invention, can be divided into sections at will, it is possible to establish the combinations most diverse of tubes or tubular systems.
This also applies to the case where it is a question of monitoring the conduct of the system of conduits according to the invention as regards the appearance of the temperature of the medium transported. Thanks to the fact that the thermometric element, the resistance conductor, the thermocouple, etc., are distributed uniformly around the periphery of the tube, it is possible to achieve a precise temperature pattern; damage occurring in the system can be captured and located in a short time.
The invention also makes it possible to loq together, in particular in the tubular system,
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heating elements and thermometric elements.
Thus, for example in a wired tubular bundle, constituted by several individual tubes wired or assembled in a bundle, a small diameter tube carrying a medium can be tempered using a heating element according to the invention, while, in order to monitor the temperature of the entire cable, the core, consisting of individual tubes of small diameter, is surrounded by a thermometric element according to the invention in the form of a sheet.
It is in certain cases advantageous, when implementing the invention, to fix the heating or thermometric conductors, at the contact points, each time on the stripped electrical conductor, using special means, for example by adding metal in a finely divided molten form. Such a method is generally known in the art under the name of "schooping". Appropriate adhesives, for example based on ceramic, are also suitable for the purpose of the invention.
The invention will be explained in more detail, with reference to the heating elements shown in Figures 1 to 7 by way of exemplary embodiments. It should however be expressly pointed out, once again, that the same elements can be used as measuring elements.
FIG. 1 represents a flexible electric heating strip or cable, divisible into sections, according to the invention, strip or cable which consists of the two supply conductors 1 and 2 comprising the voltage conductors 3 and 4, of which l insulator is designated by 5. The insulating material consists for example of a silicone rubber, a fluoropolymer in an extruded form, therefore FEP, PFA or ETFE, or else
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in strip form, for example in that of a PTFE strip, which is sintered only after application.
The cohesion of the various conductors is ensured by an envelope 6, which can be an extruded sheath made of FEP or silicone rubber or a winding of a PTFE strip, or else a covering or ply of a fabric or braid of thread or glass silk.
The actual heating wire 7 is applied to this layer or sheet along a helical line; contact with conductors 3 and 4 is ensured, for example, by removing the insulation 5 from these at intervals, over short distances, the respective bare points of the two conductors being offset from each other in the direction axial. When the ply 6 is eliminated simultaneously in these places, the heating conductor 7 is in contact with the conductors 3 and 4 on one or more turns. Elimination of layer 3 can be avoided at the contact points, by winding the heating conductor-wire, helix or cord with or without core-directly on the conductors and then applying layer 6, for example in the form of '' a strip of fabric or braid.
Finally, the sheath 8 - for example made of silicone rubber or another suitable synthetic material, in an extruded form or in that of a rolled up strip - serves to provide protection against external mechanical attack. The envelope can be reinforced by internal reinforcements of filaments, fibers or yarns. A non-flammable product may prove to be advantageous in certain cases.
Regardless of the special execution and the insulating materials used, it is essential that a third core 9 with conductor 10 and insulator 11 is provided in the heating element. This extra quiet soul can be used for tasks
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described in the preamble; in this respect, it is especially necessary to highlight - alongside signaling command or control functions - its contribution as a live core, to the increase in power, of the supply of the sections subsequent, three-phase injection, etc.
Unlike the strip-shaped heating element or cable, represented in FIG. 1, FIG. 2 represents an arrangement where the supply cores 12 and 13 are joined together with the additional core 14, to form a heating element . The heating conductor 15, constituted for example in the form of a taut wire established from an alloy for electrical resistances, is inserted into the cores, using wires 16, by braiding or weaving. Here too, the insulator 17 is eliminated at points of contact, not shown, of the supply cores, and the heating conductor 15 is in contact with the conductors 18 and 19 of the supply cores 12 and 13, by a or more turns.
The threads or filaments 16 guarantee the cohesion of the souls; on the other hand, they protect the heating wires and at the same time constitute spacers for them.
If this heating strip is called upon to operate in three-phase, the core 14 can also be established as a supply core with contact points.
To this end, and as mentioned above, the insulator 20 must be removed in places away from the contact points of the additional supply cores, so that the heating conductor 15 is in contact with the conductor 21. Finally , the core of the heating element is covered with an envelope 22 having a shape which corresponds to that shown in FIG. 1.
In accordance with one embodiment
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known by the state of the art, and comprising supply cores and heating conductors, oriented parallel to each other, it is also possible, in this case, to advantageously introduce an additional core into the assembly, either by as a continuous conductor, either for three-phase operation, and if there are also suitable arrangements for contact bridges running from the additional core to the heating element.
FIG. 3 represents an embodiment of the invention in which, next to the cores 23 and 24, and in the same plane as these, other cores 25 and 26 are provided, including that designated by 25, for example, can be made as a follower supply core for a subsequent section of heating cable, while 26 can be made as a signaling or monitoring core or simply as a compensation conductor. 27 denotes the heating conductor incorporated by braiding; 28 denotes a filament or yarn, based on glass silk for example, also incorporated by braiding.
In particular, such an insertion of the heating wire by braiding offers the possibility of placing the supply cores not only at the outer edges of the heating strip, but also in the interior of the assembly, that is to say, of arranging them in that -this alternating with other souls. Thus, one can adopt the most diverse embodiments, taking into account the field of application.
FIG. 4 represents an exemplary embodiment where the supply cores 29 and 30 of the flexible heating element, which can be divided into sections, are wired with another core 31. Here also, and as indicated above, the insulation 32 and 33 is eliminated all around, at the contact points, of conductors 34 and
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35, so that in all cases, and despite the wiring, the heating conductor 36, placed helically around the wired assembly, is in single or multiple contact with the points considered of the supply cores. The sheath 37 can also be established in the manner described above. The additional core 31 can be coupled, without the possibility of contacting for example, as a parallel current path, in order to increase the conductive section of the supply cores.
Such a heating element, in a form which can be divided into sections at will and having a circular section, can also be wound, with a relatively narrow twist, on a pipe for example, so that the distribution of heat on the surface of the tubes is significantly improved compared to that obtained with other heating elements.
A specific embodiment of the invention is obtained, for example according to the construction in accordance with FIG. 4, when the insulation of the supply cores and of the additional cores, as well as the sheath, consist of a polytetrfluoroethylene tape. (PTFE), which was sintered after applying the initially unsintered ribbons. The name polytetrafluoroethylene includes in this case the polymers of tetrafluoroethylene which contain modifying additions, but however in an amount such that the polymers, just like tetrafluoroethylene itself, cannot be used from the melt. Other suitable materials are those based on polyimide, for example.
As indicated above, electric heating conductors, intended for so-called "back-up" heating for pipes, have established themselves on the market. They find areas
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of wide application in the chemical industry for example, during the transport of temperate environments, possibly as pipes for analyzes. Among other things, this involves keeping the temperature of the medium to be transported constant, from the point of reception to the point of delivery. This is in many cases an absolute condition, because variations in temperature, in a tube segment for example, can determine a change in the physical state of the medium to be transported and thus block the entire pipe.
An example of such heating accompanying a tube is shown in Figure 5. The medium transport tube 38, which can obviously also be the soul of a flexible multitube, that is to say be constituted by several individual tubes wired together, is surrounded in a helix by the heating element 39, which can itself be constituted according to FIGS. 1, 2,3 or 4. The number 40 designates a heat-insulating envelope made of a foam product or a sheet of suitable fibers; to ensure heat radiation towards the interior, the interior surface of the envelope 40 can be metallized. However, it is possible, for the same purpose, to roll up a metal sheet before applying an envelope.
The sheath 41, which provides mechanical strength, is made, for example, of polyethylene, polyvinyl chloride, etc.
Finally, Figure 6 shows another improved version of the back-up heater.
On the medium transport tube 42 are applied,
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for example, in a ply, the cores of alipar ca mentation 43 and 44, together with other cores 45. The heating conductor 46 surrounds this ply in a helix; at prepared contact points, not shown,
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the electrically conductive connection takes place with the live conductors of the supply cores 43 and 44. The essential advantage of this embodiment of the invention lies in the perfectly uniform distribution of the heat around the periphery. The system can be divided into sections at any point, the sections being ready to be put into service.
Such a heatable tubular system, which includes plastic or metal tubes or pipes, can be produced in practically infinite lengths and can only be supplied to the installation site in the required lengths.
To increase efficiency, and in order to reach, here also, the possibility of supplying, from a power station, other sections or starting pipes, one or more of the cores 45 can be used for the voltage transport, but also for command, signaling or control processes. Above the heating wire winding is arranged, for example, a fabric or braid 47 of yarn or glass silk, itself surrounded by a heat-insulating envelope 48, possibly arranged after a prior winding of a strip metallic. The sheath, made of an abrasion-resistant synthetic material, is designated by 49.
The embodiment shown in Figure 6 also allows three-phase operation; in this case, the three supply cores, suitably provided with contact points - that is to say with bare points of the supply conductors - are arranged in a star around the periphery of the tube 42.
It goes without saying that instead of a single ply, the accompanying heating of the tube may include two or more plies of supply cores, as well as additional cores, these various plies and cores
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being separated from each other by intermediate insulating layers. In this way, it is even possible to accommodate several heating circuits in the tubular system. This also applies to cases where, for example, a tube forming part of a tubular system must be heated separately, but where all of the tubes must be brought into equilibrium in temperature.
The medium transport tube 42, which is here a single tube, can obviously here also be a tubular system constituted by individual tubes of small diameter, for example the core of a cabled flexible multitube. However, it can also be an electric cable, a hose or a tubular tube or section, such as that used in paint spray guns for example, or even a transport pipe, which finds its application. in the food industry. The fields of application are practically unlimited.
The heating conductor itself, which can be inserted between the cores by interlacing, wound in a helix around them, or alternatively, oriented parallel to them, is made of a Cr-Ni alloy, for example. It has proven to be particularly advantageous, for the cases where it is desired to carry out a self-limiting or self-adjusting heating element, to establish the conductor in a material with a high temperature coefficient, for example in pure nickel.
In a heating or thermometric strip, heating cores and other cores are located in the same plane. During the implementation of the invention, it has proved to be advantageous for the supply cores to constitute each time the outer edges of the strip formed by the cores located side by side in the same plane. This guarantees that the heating wire will have maximum contact areas on the cores
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power supply. This also applies to the case where thermometric conductors are incorporated in the assembly instead of or in conjunction with the heating wire.
The heating element according to FIG. 7 consists of the supply cores 51 and 52 arranged parallel to each other, the conductors 53 of which are insulated by means of a tape 54 made of polytetrafluoroethylene (PTFE), which has been sintered after application. The designation "polytetrafluoroethylene" in this case includes polymers of tetrafluoroethylene which contain modifier additives, but however in an amount such that the polymer, like polytetrafluoroethylene itself, cannot be used from the mass fondue. Other suitable materials are those based on polyimides, for example.
The insulation is removed all around at places 55, 55 ', 55 "and 56.56' and 56", so that at these places the heating wire 57, inserted by weaving or by braiding, is in contact with the conductors 53 of the supply cores. Heating zones of definable power are thus formed between points 55 and 56, 55 ′ and 56 ′, 55 "and 56".
To protect the heating conductor 57 against mechanical damage and to ensure the cohesion of the supply cores 51 and 52, it is possible to provide, over the heating conductor, a woven or braided envelope of filaments or yarns, or an envelope extruded in silicone rubber for example, or once again PTFE tape.
The strip according to FIG. 7, produced according to the invention, can also be a measurement line, for example to capture a temperature variation, and thus exercise a monitoring function. In this case, the wire 57 is a thermocouple; souls of ali-
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ment 51 and 52, intended for heating, constitute the connection lines, which extend outside the strip, for thermocouples.
The cores 51 and 52 can also, as shown in Figure 4, be wired together, while the heating wire can be wound in a helix around the wired elements.