Corps de chauffe électrique. L'objet de l'invention est un corps de chauffe électrique.
On sait que les corps de chauffe électriques qui utilisent la chaleur dégagée par l'inter médiaire des courants de Foucault dans une masse de matière magnétique soumise à l'ac tion d'un champ magnétique alternatif pré sentent l'avantage d'une grande robustesse, qui les rend préférables aux corps de chauffe électriques ordinaires à résistances pour de nombreuses applications industrielles, en parti culier pour le chauffage des liquides.
Malgré cela, leur construction ne s'est pas développée pour les motifs suivants Ils comportent un enroulement en fils métalliques logé à l'intérieur de la masse magnétique et donnant passage à un courant électrique alternatif. Les spires de l'enroule ment doivent être isolées électriquement les unes des autres ainsi que de la masse magnétique. L'isolant électrique solide qui les entoure sur toute leur longueur est forcé ment un isolant thermique. Le métal dont se composent les spires, chauffé par le cou rant qui les traverse, ne peut se refroidir que par le passage de la chaleur à travers l'isolant.
Mais la masse magnétique qui en toure l'enroulement et dans laquelle se pro duit le principal dégagement de chaleur est elle-même portée à une température relative ment élevée. Il en résulte que le métal dont se composent les spires de l'enroulement atteint forcément une température assez élevée, d'autant plus que la quantité de chaleur dé gagée dans l'enroulement croît à mesure que cette température et, par conséquent, la ré_' sistance électrique de celui-ci augmente. Il faut donc choisir pour construire l'enroulement un métal et un isolant qui résistent à l'ac tion persistante d'une température élevée.
Il faut en outre donner à l'enroulement une section assez grande pour réduire la résis tance électrique et pour assurer aux spires une surface de refroidissement suffisante. Ces deux nécessités renchérissent considérablement les corps de chauffe et les rendent délicats.
Le but de la présente invention est de supprimer cet inconvénient que les corps de chauffe connus à courants de Foucault par tagent d'ailleurs avec les corps de chauffe ordinaires à résistances.
Selon l'invention, le corps de chauffe comporte au moins une masse magnétique creuse dans les parois de laquelle s'opère par courants de Foucault un dégagement prin cipal de chaleur et, qui contient un enroule ment donnant passage à un courant alternatif et se composant de conducteurs solides nus assez rigides pour être portés par quelques isolateurs solides éloignés les uns des autres, de manière à permettre à la chaleur, pro duite par le passage du courant dans l'en roulement et constituant un dégagement secondaire de chaleur, d'être transmise facile ment au corps magnétique.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution du corps de chauffe.
La fig. 1 en est une coupe longitudinale axiale; La fig. 2 en est une coupe par la ligne A-A de la fig. 1; La fig. 3 en est une vue en bout. après enlèvement d'un couvercle.
Cette forme d'exécution comporte deux masses magnétiques creuses parallèles<I>a.</I> b, placées l'une au-dessus de l'autre, composées chacune d'un tube de fer rectiligne de sec tion transversale carrée à parois très épaisses et ouvertes à leurs deux bout.
Les tubes a b sont maintenus en position l'art par rapport à l'autre gràce au fait que leurs extrémités sont engagées dans des ouvertures ad hoc pratiquées dans les fonds<I>ci dl</I> de boîtes<I>c d</I> fermées par des couvercles amovibles étanches <I>c' d'.</I> Dans chaque tube<I>a</I> b sont disposés quatre barres conductrices solides nues<I>e f</I> g h ou<I>i j</I> k l de section transversale carrée, ayant une rigidité assez grande pour garder leur position relative tout en n'étant sup portées qu'à leurs deux bouts par des plaques transversales in<I>.
n o</I> 1) en matière isolante fixées par des vis telles que o1 aux parois latérales des boîtes<I>c d.</I>
Les diverses barres sont reliées, entre elles, par des barres conductrices telles que 7- <I>s t</I> u se trouvant dans les boîtes<I>c d</I> et à deux conducteurs d'amenée q et de départ t; de façon que toutes celles disposées dais l'un quelconque des tubes a. b donnent pas sage au courant dans le même sens.
Les boîtes<I>c d</I> et l'intérieur des tubes peuvent être remplis d'un gaz, d'air par exemple, ou d'un liquide isolant.
Le fonctionnement de cette forme d'exé cution est. le suivant: Les deux enroulements constitués parles barres<I>e</I><B>....</B><I>l</I> engendrent, lorsqu'ils donnent passage à du courant alternatif monophasé, des champs magnétiques alternatifs dans les épaisses parois des tubes<I>a</I> b et y produisent par suite des courants de Foucault; toute l'énergie des champs s'y transforme en chaleur et donne lieu au dégagement principal de chaleur, comme on le sait.
Par suite du passage du courant dans les barres, il s'y produit aussi un dégage ment de chaleur, secondaire celui-là. Comme ces barres ne sont pas recouvertes d'un isolant solide, cette chaleur s'en va sans obstacle soit par rayonnement direct contre les parois des tubes, soit par conductibilité thermique et par convection du fluide entourant les barres, si bien que ces dernières sont portées à une température ne dépassant que peu celle des tubes. Malgré ce refroidissement efficace desdites barres, leur isolation due aux iso lateurs solides et à l'air ou art liquide est. bonne.
Cette forme d'exécution présente les avan tages suivants: Les circuits magnétiques ont des lignes de force très courtes ne franchis sant aucun joint. La section des circuits peut être augmentée à volonté quelle que soit la puissance absorbée par le corps de chauffe. Il suffit pour cela de choisir convenablement le rapport entre les longueurs totales des tubes et l'épaisseur de leurs parois. On peut de la sorte réduire à un petit nombre les barres conductrices qui traversent chaque tube et, par conséquent, donner â ces barres une section suffisante pour qu'elles aient de la rigidité, tout en ayant un poids de métal conducteur relativement faible.
Si la rigidité propre des barres est trop faible, on peut l'augmenter par une tension longitudinale résultant de l'action de poids ,au de ressorts. On peut égalemeijt les sup porter de distance en distance il, l'intérieur des tubes au moyen d'isolateurs solides.
On peut utiliser pour les barres un métal bon marché tel que l'aluminium. puisqu'il n'est porté qu'à une température relativement faible. On petit aussi admettre sans crainte une intensité spécifique de courant assez élevée. Enfin, le coût des quelques isolateurs solides donnant appui aux barres est moindre que celui d'une isolation solide continuë ca pable de supporter une température élevée.
Lorsqu'on remplit les coffrets et les tubes d'un liquide isolant, les isolateurs solides utilisés peuvent être. disposés de façon à faciliter sa circulation. Ce liquide peut aussi être employé pour augmenter la capacité calorifique du corps et ralentir ainsi la baisse de température qui suit l'interruption du courant. On peut renforcer cette influence de l'isolant liquide en le choisissant de telle sorte que sa température de solidification soit peu inférieure à la température de régime da corps. La chaleur emmagasinée du fait de l'isolant lors de la mise en marche du corps se dégage après la cessation du pas sage du courant.
Les tubes du corps de chauffe peuvent être disposés de manière à former partielle ment la paroi d'une plaque de chauffe ou d'un récipient qu'ils enferment et mettent à même de résister à une action mécanique ou à la pression d'un liquide. Dans le cas d'un récipient destiné au chauffage d'un liquide les parois métalliques du récipient participent .à, la transmission de la chaleur produite dans les tubes grâce à la grande conductibilité du fer dont les tubes sont faits.
Les masses magnétiques peuvent avoir aine section transversale non carrée et être. par exemple, cylindriques. Les barres des enroulements peuvent être reliées en série ou en parallèle ou suivant une combinaison des deux modes.
Le nombre des tubes peut différer de deux. La section transversale des barres de l'en roulement, elle aussi, peut ne pas être carrée.
En lieu et place de courant alternatif monophasé, on peut utiliser du courant alter natif polyphasé.
Electric heating body. The object of the invention is an electric heating body.
We know that electric heating bodies which use the heat released by the intermediary of eddy currents in a mass of magnetic material subjected to the action of an alternating magnetic field have the advantage of great robustness. , which makes them preferable to ordinary electric heating elements with resistances for many industrial applications, in particular for heating liquids.
Despite this, their construction has not developed for the following reasons. They have a winding of metal wires housed inside the magnetic mass and giving passage to an alternating electric current. The turns of the winding must be electrically isolated from each other as well as from the magnetic ground. The solid electrical insulation which surrounds them along their entire length is necessarily a thermal insulator. The metal of which the turns are made, heated by the current which passes through them, can only be cooled by the passage of heat through the insulation.
However, the magnetic mass which turns the winding and in which the principal release of heat takes place is itself brought to a relatively high temperature. The result is that the metal of which the turns of the winding are composed necessarily reaches a fairly high temperature, especially as the quantity of heat released in the winding increases as this temperature and, consequently, the re_ the electrical resistance thereof increases. For the construction of the winding, therefore, it is necessary to choose a metal and an insulator which resist the persistent action of a high temperature.
It is also necessary to give the winding a section large enough to reduce the electrical resistance and to provide the turns with a sufficient cooling surface. These two necessities considerably increase the cost of heating elements and make them delicate.
The object of the present invention is to eliminate this drawback that the known eddy current heating bodies by tagging moreover with ordinary heating elements with resistances.
According to the invention, the heating body comprises at least one hollow magnetic mass in the walls of which a main release of heat takes place by eddy currents and which contains a winding giving passage to an alternating current and consisting of bare solid conductors rigid enough to be carried by a few solid insulators distant from each other, so as to allow the heat, produced by the passage of the current in the bearing and constituting a secondary release of heat, to be easily transmitted to the magnetic body.
The accompanying drawing shows, by way of example, one embodiment of the heating body.
Fig. 1 is an axial longitudinal section thereof; Fig. 2 is a section through the line A-A of FIG. 1; Fig. 3 is an end view. after removing a cover.
This embodiment comprises two parallel hollow magnetic masses <I> a. </I> b, placed one above the other, each composed of a rectilinear iron tube of square cross section with walls very thick and open at both ends.
The tubes ab are held in position in relation to each other by virtue of the fact that their ends are engaged in ad hoc openings made in the <I> ci dl </I> bottoms of <I> cd </ I> closed by removable waterproof covers <I> c 'd'. </I> In each tube <I> a </I> b are arranged four solid bare conductive bars <I> ef </I> gh or < I> ij </I> kl of square cross section, having a rigidity great enough to keep their relative position while being supported only at their two ends by transverse plates in <I>.
n o </I> 1) of insulating material fixed by screws such as o1 to the side walls of boxes <I> c d. </I>
The various bars are connected to each other by conductive bars such as 7- <I> st </I> u located in the <I> cd </I> boxes and to two supply and departure conductors q t; so that all those arranged in any one of the tubes a. b give not wise to the current in the same direction.
The <I> c d </I> boxes and the inside of the tubes can be filled with a gas, air for example, or an insulating liquid.
The operation of this form of execution is. the following: The two windings formed by the bars <I> e </I> <B> .... </B> <I> l </I> generate, when they give passage to single-phase alternating current, alternating magnetic fields in the thick walls of the tubes <I> a </I> b and consequently produce eddy currents there; all the energy of the fields is transformed into heat and gives rise to the main release of heat, as we know.
As a result of the current passing through the bars, there is also a release of heat, secondary to that. As these bars are not covered with a solid insulator, this heat goes away without obstacle either by direct radiation against the walls of the tubes, or by thermal conductivity and by convection of the fluid surrounding the bars, so that the latter are brought to a temperature not exceeding that of the tubes. Despite this efficient cooling of said bars, their insulation due to solid insulators and air or liquid art is. good.
This embodiment has the following advantages: Magnetic circuits have very short lines of force which do not cross any joints. The section of the circuits can be increased at will regardless of the power absorbed by the heating body. It suffices for this to suitably choose the ratio between the total lengths of the tubes and the thickness of their walls. In this way, the conductor bars which pass through each tube can be reduced to a small number and, consequently, give these bars a section sufficient for them to have rigidity, while having a relatively low weight of conductive metal.
If the inherent rigidity of the bars is too low, it can be increased by a longitudinal tension resulting from the action of weight, rather than of springs. They can also be supported from distance to distance inside the tubes by means of solid insulators.
An inexpensive metal such as aluminum can be used for the bars. since it is only brought to a relatively low temperature. We can also safely admit a fairly high specific intensity of current. Finally, the cost of the few solid insulators supporting the bars is less than that of continuous solid insulation capable of withstanding high temperature.
When filling cabinets and tubes with an insulating liquid, the solid insulators used can be. arranged so as to facilitate its movement. This liquid can also be used to increase the heat capacity of the body and thus slow the drop in temperature following the interruption of the power. This influence of the liquid insulator can be reinforced by choosing it such that its solidification temperature is slightly lower than the operating temperature of the body. The heat stored by the insulation when the body is started is released after the ceasing of the flow of current.
The tubes of the heating body can be arranged so as to partially form the wall of a heating plate or of a container which they enclose and make it possible to resist a mechanical action or the pressure of a liquid. . In the case of a container intended for heating a liquid, the metal walls of the container participate .à, the transmission of the heat produced in the tubes thanks to the high conductivity of the iron from which the tubes are made.
Magnetic masses can have groin cross section not square and be. for example, cylindrical. The bars of the windings can be connected in series or in parallel or according to a combination of the two modes.
The number of tubes may differ from two. The cross section of the rolling bars, too, may not be square.
Instead of single-phase alternating current, polyphase native alternating current can be used.