CH649827A5 - STATIC INSTALLATION FOR THE TRANSFORMATION AND REGULATION OF ELECTRICAL ENERGY INTO CALORIFIC ENERGY. - Google Patents
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Description
La présente invention concerne une installation de transformation et de régulation statique permettant le chauffage direct et la régulation plus précise en température d'un fluide caloporteur. The present invention relates to a transformation and static regulation installation allowing direct heating and more precise temperature regulation of a heat transfer fluid.
Les dispositifs existants employés pour chauffer un liquide caloporteur à une température déterminée nécessitent un ensemble de matériels et d'équipements complexes électromécaniques, pneumatiques ou à action hydraulique occasionnant, de ce fait, des pertes de rendement, un vieillissement prématuré, des inerties importantes ainsi qu'une maintenance complexe. The existing devices used to heat a heat-transfer liquid to a determined temperature require a set of complex electromechanical, pneumatic or hydraulically acting materials and equipment, thereby causing yield losses, premature aging, significant inertia as well as '' complex maintenance.
La présente installation tend à obvier aux inconvénients précités et se distingue par le fait qu'elle comporte une enceinte remplie d'un liquide caloporteur et une pompe provoquant la circulation de ce liquide dans cette enceinte, un corps de chauffe électrique en contact avec le liquide caloporteur soit directement soit par l'intermédiaire de ladite enceinte, un détecteur de température captant la température du liquide caloporteur en aval dudit corps de chauffe; un interrupteur statique à semi-conducteur branché dans l'alimentation électrique du corps de chauffe et un dispositif de commande électronique de cet interrupteur piloté par le signal délivré par ledit détecteur de température. The present installation tends to obviate the aforementioned drawbacks and is distinguished by the fact that it comprises an enclosure filled with a heat-transfer liquid and a pump causing the circulation of this liquid in this enclosure, an electric heating body in contact with the liquid. heat transfer medium either directly or through said enclosure, a temperature detector sensing the temperature of the heat transfer liquid downstream of said heating body; a static semiconductor switch connected to the electrical supply of the heating body and an electronic control device for this switch controlled by the signal delivered by said temperature detector.
Dans un mode de réalisation de l'installation, le liquide caloporteur peut être constitué par un liquide ou semi-liquide alimentaire circulant dans un circuit ouvert d'utilisation. In one embodiment of the installation, the heat transfer liquid may consist of a liquid or semi-liquid food circulating in an open circuit of use.
Le dessin annexé illustre schématiquement et à titre d'exemple deux formes d'exécution de l'installation selon l'invention. The accompanying drawing illustrates schematically and by way of example two embodiments of the installation according to the invention.
La flg. 1 illustre une installation dans laquelle le corps de chauffe est en contact direct avec le liquide caloporteur, ce dernier circulant dans un circuit fermé. The flg. 1 illustrates an installation in which the heating body is in direct contact with the heat transfer liquid, the latter circulating in a closed circuit.
La fig. 2 illustre une installation dans laquelle le corps de chauffe est en contact indirect avec le liquide caloporteur, celui-ci circulant dans un circuit ouvert. Fig. 2 illustrates an installation in which the heating body is in indirect contact with the heat transfer liquid, the latter circulating in an open circuit.
Dans la présente installation, on transfère la chaleur dégagée par un corps de chauffe électrique soit directement soit indirectement au travers de la paroi d'une enceinte, à un liquide caloporteur circulant dans cette enceinte. In the present installation, the heat released by an electric heating body is transferred either directly or indirectly through the wall of an enclosure, to a heat transfer liquid circulating in this enclosure.
L'alimentation en énergie électrique du corps de chauffe est réalisée à l'aide d'un ou plusieurs interrupteurs statiques à semi-conducteurs, tels que des thyristors, commandés par un dispositif électronique statique, pilotés par le signal délivré par un détecteur de température mesurant la température du liquide caloporteur en aval du corps de chauffe. La commande est obtenue par une modulation en continu de la puissance par l'intermédiaire d'un régulateur électronique PID (Proportionnel Intégral Différentiel). La température est captée directement dans le fluide par l'intermédiaire d'une sonde PT 100 ohms ou autre. La commande des thyristors se fait par paquets d'alternance entiers. Les thyristors ne sont déclenchés qu'au passage à zéro de la tension alternative alimentant les éléments chauffants fournissant une puissance variant d'une façon continue de 0 à 100%. Cette façon de faire permet de réduire au maximum la différence de température entre les éléments chauffants et le fluide caloporteur à chauffer, ce qui réduit d'une manière importante les problèmes d'encrassement et les dépôts dus aux surchauffes éventuelles, allongeant la durée de vie des éléments chauffants. Cela entraîne également une réduction des pertes thermiques. The electric power supply to the heating body is carried out using one or more static semiconductor switches, such as thyristors, controlled by a static electronic device, controlled by the signal delivered by a temperature detector. measuring the temperature of the heat transfer liquid downstream of the heating body. The control is obtained by continuously modulating the power via an electronic PID (Proportional Integral Differential) regulator. The temperature is captured directly in the fluid by means of a PT 100 ohm or other probe. The thyristors are controlled in whole alternation packets. The thyristors are only triggered when the alternating voltage goes to zero supplying the heating elements supplying a power varying continuously from 0 to 100%. This procedure makes it possible to minimize the temperature difference between the heating elements and the heat transfer fluid to be heated, which considerably reduces the problems of fouling and deposits due to possible overheating, lengthening the service life. heating elements. This also leads to a reduction in heat losses.
Une telle installation est particulièrement intéressante puisqu'elle assure non seulement la fourniture en énergie mais également une régulation très précise de cette énergie, la température du liquide caloporteur pouvant être réglée à 0,3° près. L'avantage réside principalement dans le fait qu'un générateur ainsi réalisé peut être placé à proximité immédiate du poste d'utilisation, évitant ainsi les pertes inhérentes au transport d'énergie, le générateur pouvant en plus être arrêté ou remis en marche à la volonté de l'utilisateur. Such an installation is particularly advantageous since it ensures not only the supply of energy but also a very precise regulation of this energy, the temperature of the heat transfer liquid being able to be adjusted to within 0.3 °. The advantage lies mainly in the fact that a generator thus produced can be placed in the immediate vicinity of the use station, thus avoiding the losses inherent in the transport of energy, the generator being able in addition to be stopped or restarted at user will.
Une première forme d'exécution de l'installation est illustrée à la fig. 1. Elle comporte une enceinte 1 dont l'entrée 2 est reliée par un conduit 3 à la sortie d'une pompe 4. La sortie 5 de cette enceinte est reliée à l'entrée du circuit primaire 6 d'un échangeur de chaleur dont la sortie est reliée à l'entrée de la pompe 4. Un vase d'expansion 7 est prévu pour absorber la variation de volume du liquide caloporteur 8 remplissant l'enceinte 1 et le circuit hydraulique 3, 4, 6. L'enceinte 1 et le circuit hydraulique sont calorifugés pour éviter toute déperdition d'énergie autre que celle résultant de l'échangeur de chaleur dont le secondaire (non illustré) est branché dans un circuit hydraulique d'utilisation. A first embodiment of the installation is illustrated in FIG. 1. It comprises an enclosure 1, the inlet 2 of which is connected by a conduit 3 to the outlet of a pump 4. The outlet 5 of this enclosure is connected to the inlet of the primary circuit 6 of a heat exchanger, the outlet is connected to the inlet of the pump 4. An expansion tank 7 is provided to absorb the variation in volume of the heat-transfer liquid 8 filling the enclosure 1 and the hydraulic circuit 3, 4, 6. The enclosure 1 and the hydraulic circuit are insulated to avoid any loss of energy other than that resulting from the heat exchanger whose secondary (not illustrated) is connected to a hydraulic circuit of use.
Un corps de chauffe 9 immergé dans l'enceinte 1 est en contact direct avec le liquide caloporteur 8. L'alimentation en énergie électrique de ce corps de chauffe s'effectue par l'une des extrémités de l'enceinte 1 où le corps de chauffe ou ses conducteurs électriques traversent cette enceinte. A heating body 9 immersed in the enclosure 1 is in direct contact with the heat transfer liquid 8. The supply of electrical energy to this heating body is effected by one of the ends of the enclosure 1 where the body of heater or its electrical conductors pass through this enclosure.
Le corps de chauffe est relié à une source de puissance électrique 10 par exemple au réseau de distribution par un interrupteur manuel marche-arrêt 11 et par un interrupteur statique à semiconducteur tel que des thyristors commandés 12. The heating body is connected to a source of electrical power 10 for example to the distribution network by a manual on-off switch 11 and by a static semiconductor switch such as controlled thyristors 12.
La commande de l'interrupteur à semi-conducteur est réalisée par un dispositif électronique comportant un régulateur 13 par exemple du type existant dans le commerce «Thermel-phonix 96 N°11877» dont la sortie commande la conduction ou l'arrêt du ou des thyristors par l'intermédiaire d'un modulateur d'allumage 14 provoquant le changement d'état du thyristor uniquement aux passages à zéro du courant alternatif d'alimentation pour éviter toute surtension lors de la commutation. The control of the semiconductor switch is carried out by an electronic device comprising a regulator 13 for example of the type existing in the trade "Thermel-phonix 96 N ° 11877" whose output controls the conduction or the stop of the thyristors via an ignition modulator 14 causing the state of the thyristor to change only at zero crossings of the alternating supply current to avoid any overvoltage during switching.
Le régulateur 13 est piloté par le signal de sortie d'un détecteur de température 15 plongeant dans le courant du liquide caloporteur en aval du corps de chauffe 9. The regulator 13 is controlled by the output signal from a temperature detector 15 plunging into the current of the heat transfer liquid downstream of the heating body 9.
L'alimentation du corps de chauffe 9, et donc sa production de chaleur, est commandée directement par la température du liquide caloporteur, de façon très précise à quelques dixièmes de degré centigrade près et donc en fonction de la quantité de chaleur utilisée par le circuit secondaire de l'échangeur 6. The supply of the heating body 9, and therefore its production of heat, is controlled directly by the temperature of the heat transfer liquid, very precisely to a few tenths of a centigrade degree and therefore depending on the amount of heat used by the circuit secondary of the exchanger 6.
Dans la forme d'exécution de l'installation illustrée à la fig. 2, le corps de chauffe 9 est situé autour de l'enceinte 1 dans laquelle s'écoule le liquide caloporteur 8 qui dans cette exécution est directe5 In the embodiment of the installation illustrated in FIG. 2, the heating body 9 is located around the enclosure 1 in which the heat transfer liquid 8 flows which in this embodiment is direct5
10 10
15 15
20 20
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ment le liquide ou le semi-liquide d'utilisation. Le corps de chauffe 9 est donc en contact avec ce liquide par l'intermédiaire de l'enceinte 1 qui est en un matériau bon conducteur de la chaleur. Une calorifu-gation 16 évite toute déposition de chaleur. use liquid or semi-liquid. The heating body 9 is therefore in contact with this liquid by means of the enclosure 1 which is made of a material which is a good conductor of heat. A thermal insulation 16 prevents any deposition of heat.
La commande de l'alimentation du corps de chauffe 9 se fait comme dans la première forme d'exécution décrite et ses éléments portent les mêmes chiffres de référence. The supply of the heating body 9 is controlled as in the first embodiment described and its elements bear the same reference numbers.
Cette forme d'exécution est particulièrement bien adaptée pour le chauffage, les traitements thermiques, la pasteurisation ou la stérilisation de liquides ou semi-liquides alimentaires. This embodiment is particularly well suited for heating, heat treatments, pasteurization or sterilization of food liquids or semi-liquids.
Dans toutes les formes d'exécution, la puissance électrique délivrée au corps de chauffe est réglée par tout ou rien et peut varier en-5 tre 0 et 100% suivant le temps de conduction des thyristors. Cette manière de faire permet d'obtenir une grande précision de la régulation de la température du liquide caloporteur, d'éviter toute surchauffe de celui-ci et d'avoir un temps de réponse très bref. In all embodiments, the electric power delivered to the heating body is regulated by all or nothing and can vary between 0 and 100% depending on the conduction time of the thyristors. This procedure makes it possible to obtain high precision in regulating the temperature of the heat-transfer liquid, to avoid any overheating thereof and to have a very short response time.
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