FR2544473A1 - Static process for conversion and regulation of electrical energy into heat energy and installation for its implementation - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un procédé de transformation et de régulation statique permettant le chauffage direct et la régulation plus précise en température d'un fluide caloporteur ainsi que l'installation pour sa mise en oeuvre. The present invention relates to a method of transformation and static regulation allowing direct heating and more precise temperature regulation of a heat transfer fluid as well as the installation for its implementation.
Les dispositifs existants employés pour chauffer un liquide caloporteur à une température déterminée nécessitent un ensemble de matériels et d'équipements complexes électro-mécaniques, pneumatiques ou à action hydraulique occasionnant, de ce fait, des pertes de rendement, un vieillissement prématuré, des inerties importantes ainsi qu'une maintenance complexe. Existing devices used to heat a heat-transfer liquid to a determined temperature require a set of complex electro-mechanical, pneumatic or hydraulically-acting materials and equipment, thereby causing yield losses, premature aging, significant inertia. as well as complex maintenance.
Le présent procédé tend à obvier aux inconvénients précités par le fait qu'on transfère la chaleur dégagée par un corps de chauffe électrique statique par conduction à un liquide caloporteur, par le fait qu'on alimente ce corps de chauffe en énergie électrique par l'intermédiaire d'un interrupteur statique à semi-conducteur et par le fait qu'on commande cet interrupteur par un dispositif électronique de commande en fonction de la température du liquide caloporteur mesurée en aval dudit corps de chauffe. The present process tends to obviate the aforementioned drawbacks by the fact that the heat given off by a static electric heating body is transferred by conduction to a heat-transfer liquid, by the fact that this heating body is supplied with electric energy by the by means of a static semiconductor switch and by the fact that this switch is controlled by an electronic control device as a function of the temperature of the heat transfer liquid measured downstream of said heating body.
L'installation pour la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention 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 installation for implementing the method according to the present invention 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 heat transfer liquid either directly or through said enclosure, a temperature detector sensing the temperature of the heat transfer liquid downstream of said heat body, a static semiconductor switch plugged into the electrical supply to the heating body and an electronic control device for this switch controlled by the signal delivered by said temperature detector.
L'invention a encore pour objet une utilisation particulière de l'installation décrite au chauffage et à la régulation précisée en température d'un liquide ou semiliquide alimentaire. The subject of the invention is also a particular use of the installation described for heating and for the precise regulation of the temperature of a liquid or semi-liquid food.
Le dessin annexé illustre schématiquement et à titre d'exemple deux formes d'exécution de l'lnstallatlon pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. The accompanying drawing illustrates schematically and by way of example two embodiments of the installation for implementing the method according to the invention.
La figure 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, et la figure 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. 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, and FIG. 2 illustrates an installation in which the heating body is in indirect contact with the heat transfer liquid , this circulating in an open circuit.
Selon le présent procédé, 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. According to the present method, 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 P.I.D. (Proportionnel Intégral Différentiel). La température est captée directement dans le fluide par l'intermédiaire d'une sonde PT 100 ohms ou autre. 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 a continuous modulation of the power via an electronic regulator P.I.D. (Proportional Integral Differential). The temperature is captured directly in the fluid by means of a PT 100 ohm or other probe.
La commande des thyristors se fait par paquets d'alternances entières. 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 O à 100 %. Ce procédé 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 dûs aux surchauffes éventuelles, allongeant la durée de-vie des éléments chauffants. Cela entraîne également une réduction des pertes thermiques.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 process makes it possible to minimize the temperature difference between the heating elements and the heat transfer fluid to be heated, which significantly reduces the problems of fouling and deposits due to possible overheating, lengthening the service life of the heating elements. This also leads to a reduction in heat losses.
Ce procédé est particulièrement intéressant puisqu'il assure non seulement la fourniture en énergie, mais également une régulation très précise de cette énergie ; la température du liquide caloporteur peut être réglée à 0,3 degré près. L'avantage de ce procédé 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. This process is particularly interesting 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 can be adjusted to within 0.3 degrees. The advantage of this process lies mainly in the fact that a generator thus produced can be placed in the immediate vicinity of the station of use, thus avoiding the losses inherent in the transport of energy, the generator being able in addition to be stopped or restarted. works at the user's will.
La première forme d'exécution de l'installation pour la mise en oeuvre du procédé décrit est illustrée à la figure 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. The first embodiment of the installation for implementing the method described 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 of which 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, the secondary (not shown) is connected to a hydraulic service circuit.
Un corps de chauffe 9 est immergé dans l'enceinte 1 et est en contact direct avec le liquide caloporteur 8. A heating body 9 is immersed in the enclosure 1 and is in direct contact with the heat transfer liquid 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.The electrical energy is supplied to this heating body by one of the ends of the enclosure 1 where the heating body 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 semi-conducteur 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 an on-off manual 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 No 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 semiconductor switch is controlled by an electronic device comprising a regulator 13, for example of the type existing in the trade "Thermel-phonix 96 No 11877", the output of which controls the conduction or stopping of the or 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 seconde forme d'exécution de l'installation illustrée à la figure 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 directement le liquide ou le semi-liquide d'utilisation. Le corps de chauffe 9 est donc en contact avec ce liquide par llinter- médiaire de l'enceinte 1 qui est en un matériau bon conducteur de la chaleur. Un calorifugeage 16 évite toute dispersion de chaleur. In the second 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 directly the liquid or the semi -liquid of use. The heating body 9 is therefore in contact with this liquid through the enclosure 1 which is made of a material which is a good conductor of heat. Insulation 16 prevents any dispersion 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 particulierement bien adaptée pour le chauffage, les traitements thermiques, la pasteurisation ou la stérilisation de liquides ou semiliquides alimentaires. This embodiment is particularly well suited for heating, heat treatments, pasteurization or sterilization of liquid or semi-liquid food.
Dans toutes les formes d'exécution, la puissance électrique délivrée au corps de chauffe est réglée par tout ou rien et peut varier entre O et 100 7 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 7 according to the conduction time of the thyristors. This way of proceeding makes it possible to obtain great precision in regulating the temperature of the heat-transfer liquid, to avoid any overheating of the latter and to have a very short response time.
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