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PLONGEUR - CHAUFFEUR ELECTRIQUE EN PARTICULIER POUR LE
CHAUFFAGE DE BAINS DE SEL FONDU.
L'invention se rapporte à un appareil comportant des plongeurs-chauffeurs. électriques pour le chauffage de bains qui, comme les bains de sel fondu, ont tendance à pénétrer à l'intz- rieur des chauffeurs et à détériorer les organes chauffants.
Il est connu en soi de chauffer des liquides, par exemple de l'eau,au moyen de plongeurs-ohauffeurs électriques. Ces appa- reils sont généralement constitues par un tube plongeur conte** nant les éléments d'entrée et de sortie du courant et comportant des prolongements en matière convenable, par exemple en métal, dans lesquels sont logés les organes chauffants par exemple les résistances enroulées en spirale.
Dans le but de réaliser une surface de chauffage aussi grande que possible, on donne à ces prolongements la forme de serpentins par exemple avec de nombreuses spires, branches, etc.
Cependant, les chauffeurs de ce genre n'ont jusqu*à pré- sent pu être utilisés pour le chauffage de bains de sel fondu, quoiqu'ils offrent, à plusieurs points de vue de grands avanta- ges, en particulier en ce qui concerne leur conduite, Il a été
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constaté que ces chauffeurs ne conviennent pas pour les bains de sel parce que le sel fondu ou les matières que contiennent les bains ont la propriété de pouvoir pénétrer à l'intérieur des chauffeurs et que le mode de construction actuel des enveloppes des chauffeurs, par exemple les tubes, favorise cette pénétra- tion, car le grand nombre de spires ou d'autres éléments., destig nés à augmenter la surface de chauffage, exige la disposition de nombreux point$ de liaison,.
surtout de nombreuses soudures et de sont précisément ces points de liaison qui, par la aonatitu.. tion de couples électriques ou similaires, forment des- points d'attaque particulièrement favorables à la destruction dea cons- tituants de ces bains.
Ces difficultés ne sont pas présentées pour l'utilisation des chauffeurs dans des bains d'eau, ou pour le chauffage de li- quides qui n'attaquent pas les tubes. Le remplacement des organes chauffants proprement dits n'est donc pratiquement pas nécessai- re dans ces chauffeurs. Par contre, leur remplacement facile est particulièrement important quand il s'agit de traiter des bains de sel fondu, car, dans ces installations à grande puis- sance, on ne peut complètement éviter les interruptions et d'au** tre part, les variations prolongées de la température de régime peuvent entraîner des inconvénients considérables et conduire notamment à la solidification intempestive du sel fondu.
Il est donc nécessaire que les organes chauffante soient montés dans leurs enveloppes protectrices de façon qu'on puisse les rempla- cer facilement et rapidement ou qu'ils permettent tout au moins une vérification facile sans qu'il soit nécessaire pour cela de démonter le chauffeur en entier.
Les chauffeurs suivant l'invention évitent ces inconvé- nient$ et permettent de construire des appareils de chauffage avec lesquels il est possible de chauffer sans aucune perturba- tion des bains de sel ou similaires, Il s'est avéré qu'on peut
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augmenter la durée du plongeur-chauffeur, en évitant les formes compliquées, par exemple les branches, les spires, etc., et en supprimant ainsi les soudures et les liaisons analogues; qu'on peut en outre rendre possible le remplacement, des fils chauffants tout en évitant les opérations- qui, comme par exemple le démonta- ge du chauffeur, exigent une interruption du fonctionnement;
on a également constaté qu'on peut assurer ainsi un chauffage suf- fiaant ,
Le chauffeur suivant l'invention est essentiellement constitué par un tube protecteur de section quelconque dans le- quel sont glisséer les conducteurs chauffants flexibles sous for- me de boudins faciles à introduire et à. sortir par une ouverture située en dehors du bain, les conducteurs étant eux-mêmes mainte- nus dans la position désirée: les uns par rapport aux autres et par rapport à la paroi du tube, par des supports d'éaartement en matière isolante, la partie du tube protecteur plongeant dans le bain se raccordant par une simple aourbure à l'élément chauf- tant proprement dit formé par un tronçon de tube substantielle- ment horizontal.
Les supports d'écartement, par exemple en stéatite ou en matière céramique, favorisent l'introduction et l'enlèvement du boudin chauffant. Mais, abstraction faite des fils de résistance proprement dits, on prévoit de préférence un fil-support qui re- lie entre eux les différents supports d'éoartement et auquel on donne une solidité particulière et qui évite par conséquent aux fils de résistance tout effort lorsque le boudin chauffant est introduit et retiré.
Par suite de la construction du plongeur chauffant, dans laquelle la partie chauffante proprement dite ou la-partie cor- respondante du tube protecteur est raccordée par une simple courbure au tronçon d'amenée substantiellement vertical plon- geant dans le bain, il est totalement inutile de prévoir des
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lignes de soudure. Fême la fermeture de l'extrémité antérieure du tronçon de tube plongeant dans le bain peut être obtenue sans soudure, si on emploie des tubez convenablement fermés par for- geage.
L'appareil de chauffage peut également comporter plusieurs éléments, o'est-à-dire qu'il peut être constitué par plusieurs. tubes se raccordant de préférence par une faible courbure à une branche substantiellement horizontale et contenant tous des bou- dins chauffants du genre décrit, une telle disposition offre l'avantage qu'en cas de court-circuit le boudin accidenté peut être facilement remplace, sans que la puissance totale de chauf- fage en soit influencée, car les autres boudins peuvent rester en fonctionnement.
On a en outre constaté que les courts-circuits, provoqués par la constitution spéciale de la matière fondue, par exemple du sel en fusion, pénétrant dans le tube après une certaine du- rée de fonctionnement, ne se produisent généralement que dans le plan de contact entre le bain et l'atmosphère.
De minutieuses, observations ont montré qu'il se produit une accumulation de sel précisément aux endroits à l'intérieur des tubes chauffants qui se trouvent à la hauteur ou à peu prèa à la hauteur du niveau du bain, mais de préférence au-dessus, tandis qu'on ne peut constater la présence de ces accumulations aux autres points du boudin chauffant.
Il s'est avéré qu'on peut parfaitement remédier à ces ac- cumulations nuisibles et à la possibilité de naissance de ponts conducteurs de courant, en supprimant dans cette zone les sup- ports d'écartement, car on a pu constater que ce sont précisé- ment ces supports d'écartement qui offrent aux vapeurs de sel la possibilité de s'y condenser et qui favorisent la. croissance par exemple des cristaux du sel introduit, (J'est ainsi que se forment en relativement peu de temps des ponts conducteurs sur
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les pièces isolantes. Ces ponts conducteurs sont cependant sup- primes si on évite de prévoir des supports d'écartement dans cet- te zone dangereuse.
Mais, pour empêcher que les fils de résis- tance ne viennent se toucher ou qu'ils viennent en contact avec la paroi intérieure du tuba protecteur, on peut de préférence, tout au moins dans ces tronçons dangereux, remplacer lea conduc- leurs flexibles par des conducteurs rigides, par exemple des. ti- ges métalliques, auxquelles les fils chauffants sont reliés par des bornes., et- qui, pour leur maintien, n'exigent que des sup- parta largement écartes,, se trouvant loin au-dessus et loin au- dessous;
de la zone dangereuse:. Le boudin chauffant ne reçoit dans ce cas que la longueur nécessaire pour remplir l'élément chauffant proprement dit, mais il n'atteint pas, dans le tube vertical,la hauteur du niveau du bain,,ses fils en spirale se raccordant assez loin au-dessous du niveau du bain aux tiges métalliques ou similaires.
Un autre moyen,permettant d'éviter les accumulations nui- sibles de sel ou similaires à l'intérieur des tubes, c'est-à- dire d'empêcher la. formation de ponts conducteurs par ces accu- mulations-, résulte enfin de la possibilité de donner aux sup- parts: d'écartement mêmes une forma telle qu'ils ne touchent qu'une partie de la périphérie interne du tube protecteur; dans le cas d'un tube à section circulaire, par exemple, les supports d'écartement ne reçoivent pas la forme de disques circulaires pleins, mais ne touchent qu'une partie de la périphérie interne du tube;
dans le cas d'un tube à section circulaire, on peut également prévoir des supporta d'écartement ayant une forme polygonale,, par exemple en carrée en pentagone, en étoile, etc., ne s'appuyant contre la paroi interne du tube qu'aux points ex- térieurs:, c'est-à-dire aux angles, Il en résulte un avantage par- ticulier non seulement du fait que le sel ne peut que difficile- ment s'insinuer et que la surface sur laquelle les sels peuvent
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se condenser est considérablement réduite, mais en outre du fait que les supports du fil chauffant et par conséquent l'ensemble du boudin formé par les supports et le fil chauffant n'opposent que très peu de résistance a l'introduction dans les tubes, sur- tout lorsque ceux-ci sont longe,. fermés à une extrémité et cin- très.
Gomme les supports ne contiennent en outre de ce fait que très peu d'eau, ils accumulent mains de chaleur et opposent moins de résistance au rayonnement direct de la chaleur des fils chauf- fants sur la paroi du tube.
De préférence, la section des supports du fil chauffant, qui correspond à la section du tube protecteur sous la forme de polygones réguliers, par exemple de carrés, d'octogones, etc., comporte au moins un angle coupé et au. moins un angle non noupé et les fils chauffants passent à dès distances constantes du centre et entr'eux. Un support de ce genre peut recevoir la for- me d'un quadrilatère équilatéral, par exemple d'un carré, qu'on transforme ensuite en un pentagone irrégulier par suppression d'un angle, on peut alors éventuellement couper les angles de façon que le support n'offre en ces points plus d'appui, pour le fil et que celui-ci passe librement, tandis que les autres fila sont guidés.
Les supports, comportant au moins un angle coupé et au moins un angle non coupé, sont répartis le long du boudin de façon telle que les angles correspondants soient décalés les uns par rapport aux autres de distances égales dans un même sens de rotation. En employant par exemple des supports d'écartement ayant une section carrée avec un angle coupé, les supports peu- vent être successivement décalés chacun de 90 par rapport au précédent, Si dans ce cas,, un angle est coupée de façon qu'un des quatre. trous de passage du fil, répartis aux angles d'un carré autour du centre:
, est supprimé par la. suppression de l'angle, la fil passe librement à cet endroit, mais trouve un appui sur les
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trois supports qui suivent, pour repasser librement sur le qua- trième, etc,.. Les angles coupés reçoivent, par conséquent dans le sens de la longueur du tube une disposition hélicoïdale, com- me d'ailleurs les angles correspondants non coupés.
Il en est naturellement de même dans le cas où. on ne lais- se subsister qu'un seul angle non coupé,,les autres angles étant plus ou moins fortement coupes. Les points de contact des sup- parts successifs sont alors également situés s.ur une ligne héli- coidale et maintiennent. par conséquent le fil chauffant dans une position déterminée à l'intérieur du tube protecteur. La trans- mission de la chaleur par le tube. et des fils chauffants au tube en est grandement favorisée, on évite ainsi les accumulas tiens de chaleur. Les dépôts du sel et sa pénétration vers les conducteurs aont réduits, à un minimum et même pratiquement sup- primas, tandis que l'introduction du boudin flexible est extrême- ment facilitée, surtout dans la courbure du tube.
Pour éviter l'accumulation de la chaleur dans les supports isolante, on peut. en outre: ménager dans ceux-ci des évidements, par exemple en diminuant leur section perpendiculaire par rapport à 1a section droite du tube-. Les supports d'écartement, ayant par exemple une section carrée dans le sens de la seation droite du tube, peuvent être évidés sur chaque coté suivant une coupe lon- gitudinal.e par rapport au tube; il est particulièrement avanta- geux d'effiler vers les bords cette section du support de sorte que la surface, de contact avec la. paroi intérieure du tube en est réduite et que l'espace libre pour le rayonnement de la cha- leur vers la paroi intérieure du tube en est d'autant augmenté.
On a même constaté que le choix de la matière de l'enve- loppe protectrice, en particulier du tronçon plongeant dans le bain, joue un rôle très important, certaines conditions de fonc- tionnement ont permis, de constater que la pénétration du sel par les parois chauffées du plongeur chauffant, comme d'ailleurs par
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les parois des réservoirs, ne peut être empêchée avec une certi- tude suffisante dans tous les cas.
Ce phénomène & beaucoup con- tribué à la non-utilisation pratique des plongeurs-chauffeurs pour les bains de sel. quoiqu'on puisse empêcher les détériora- tions par les sels pénétrants avec la disposition décrite, on peut considérablement augmenter la durée des appareils de chauf- fage et éviter autant que possible le remplacement des chauffeurs si, suivant une autre particularité de l'invention, on remplace la matière- usuelle, c'est-à-dire le fer, tout au moins, aux points exposés à l'action du bain de sel, par des matières, telles que le nickel ou d'autres métaux inoxydables qui ne sont pas atta- qués par le bain de sel.
On obtient ainsi une parfaite garantie contre la pénétration du sel, c'est-à-dire que ces matières sont non seulement protégées- contre la destruction, mais qu'elles s'opposent suffisamment, à la.pénétration des constituants: du. bain et protègent ainsi les conducteurs chauffants contre 1a destruction, l'accumulation de sel amenant le court-circuit, etc.
Des essais ont montré qu'un revêtement de nickel, ayant par exemple une épaisseur supérieure à. 0,08 mm. empêchent la pénétration des. sels. Ces revêtements épais de nickel sur les tubes protecteurs peuvent être réalisés avec des frais suffisais ment réduits par application galvanique.
Il est vrai qu'on a proposé de prévoir des enveloppes nickelées sur des bouilleurs électriques, appareils ménagers qu'on utilise par exemple pour le chauffage de l'eau et de liqui- des aqueux. Mais le revêtement en nickel de ces bouilleurs n'a dans ce cas que le but de les protéger contre l'oxydation et de leur donner un aspect élégant. La construction de plongeurs-chauf. feurs de grandes dimensions destinés à la fusion de bains pose cependant des problèmes totalement différents à plusieurs pointa de vue. La question du revêtement anti-rouille n'a ici qu'une importance secondaire. L'aspect élégant ne joue également aucun rôle.
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Il n'était donc pas évident de remplacer par des tubes en nickel ou avec revêtement de nickel les tubes protecteurs usuels en fer des plongeurs-chauffeurs pour bains industriels de sels ou similaires. En particulier, il est connu, que par exemple les bains contenant du salpêtre produisent à certaines températures avec le fer des réactions exothermiques. Ces réactions exother- miques provoquent très facilement la fusion subite du fer et oc- casionnent par conséquent des explosions. Il n*était nullement prévisible, jusqu'à quel point ces phénomènes non expliqués pou- vaient se reproduire avec le nickel, qui s'apparente de très près au fer, ou avec d'autres matières, comme par exemple l'acier V2A, etc.
Il est surprenant que les revêtement de nickel ou d'au- tres matières similaires du genre des alliages inoxydables ne conduisent pas à des surohauffages locaux, ne provoquent par conséquent pas d'explosions et ne permettent pas la pénétration du sel ou d'autres constituants du bain.
Il s'est montré que ces revêtements masquent même les soudures du tube avec une certitu- de telle qu'elles ne peuvent plus provoquer des destructions sous 1 action du sel. on a trouvé que de tels revêtements ne doi- vent pas être prévus seulement sur les surfaces directement ex- posées à l'action du bain, c'est-à-dire sur les surfaces exté- rieures des tubes protecteurs, mais qu'ils doivent également être prévus sur la paroi interne des tubes, c'est-à-dire sur les surfaces faisant directement face aux fils chauffants. Enfin, ces revêtements protecteurs ont également une valeur élevée pour la protection des parois de réservoirs exposées au bain et même pour les parois extérieures de ces réservoirs, si ceux-ci sont chauffés extérieurement.
On a pu constater que l'application de couches de ces matières offre encore, l'avantage que la tension entre le revête- ment protecteur et la matière de la paroi peut, comme dans les
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thermo-éléments, être utilisée pour la mesure directe de la tem- pérature de la paroi et du bain. Cette mesure sur les parois of- fre l'avantage qu'on peut déterminer et supprimer les'points de chauffage des parois plus facilement et plus rapidement que ceci n'était possible avec la mesure usuelle de la température dans le bain de sels, car dans ce cas, les augmentations de la tempes rature sur les parois ne peuvent atteindre le thermo-élément qu'en passant par le sel.
En amplifiant les therma-courants, on peut facilement observer ces phénomènes, mêmes avec des instru- ments peu sensibles.
A titre d'exemple, le dessin montre un mode d'exécution du plongeur-chauffeur suivant l'invention: la fig, 1 montre en aoupe longitudinale un bain de sel dans lequel sont plongés plusieurs chauffeurs de construction différente.
La fig. 2 montre en plan la disposition des chauffeurs.
1 désigne la cuve contenant le bain de sel 1a. Le niveau de ce bain se trouve en 1b. Le chauffage est réalisé par le disposi- tif de chauffage 2 composé de quatre tubes. Chacun de ces tubes se compose d'une branche horizontale constituant le tronçon chauffant proprement dit, et d'une branche verticale, servant essentiellement de tronçon d'amenée. Les deur branches sont re- liées entr'elles par un coude d'une courbure telle qu'on puisse, par l'ouverture du tube située en dehors du bain, facilement in- troduire et retirer un boudin chauffant flexible. Deux de ces tubes sont coupés longitudinalement.
Comme le montre le dessin, le tube supérieur coupé contient un boudin de chauffage, cons- Titué par den fils de résistance flexibles ou par un fil enroulé en spirale 3, et par des supports d'écartement 4 en matière iso- lante, répartis sur toute la longueur du tube protecteur . des distances régulières, c'est-à-dire même à la hauteur du niveau du bain et en particulier très peu au-dessus de ce niveau dans La zone 5 ;
ces supports maintiennent les fils chauffants 3 à
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1-béF Oartelnent Voulu entre eux et à la distance désirée de la paroi intérieure du tube. comme il a été dit, il se produit dans le tube un dépôt de sel particulièrement important dans le voisinage du niveau du bain, c'est-à-dire aussi bien exaotement au niveau qu'à une certaine distance au-dessus et au-dessous, et ce dépôt est avant tout.
favorise par la présence des supports d'écartement, Dans le tube inférieur, représenté en coupe, le boudin de chauffage, composé de tiges en équerre et de supports d'écartement et que contient le tronçon de chauffage proprement dit, n'est donc pas suivant l'invention prolongé vers le haut jusqu'à la hauteur du niveau du bain, mais, par contre, les fils enroulés 3 sont prolongés par des tiges métalliques 6 (lui permettent d'assurer la position des conducteurs dans le tube par un support d'écarte- ment unique 4 se trouvant à une distance suffisante au-dessous du niveau du bain. Les tiges métalliques sont en outre mainte- nues dans la position désirée par un organe analogue ou par un moyen de fixation quelconque, placé loin en dehors du bain.
Cette disposition empêche le dépot de sel aux points dangereux à l'intérieur du tube ainsi que la formation de courts-circuits ; par contre, elle ne gêne en aucune manière l'introduction et l'enlèvement faciles du boudin de chauffage, Les orifices ouverts de tous les tubes 8 se trouvent à l'intérieur d'une caisse fermée 7 contenant également les barres collectrices sous tension 8 auxquelles sont reliés les fils chauffants par l'intermédiaire des tiges métalliques 6.
D'après 1a fig. de détail 3, les différents fils de chauffage, par exemple l'enroulement 9, sont maintenus dans la position désirée à l'intérieur du tube 10 par des supports d'écartement 11. Cea supports sont constitués par des plaquettes carrées, dont un des angles a été largement goupé. Dans ces plaquettes sont ménagés des trous de passage la, dans lesquels on fait passer les fils de chauffage.
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Les trous sont répartis dans le support de façon qu'ils forment un cercle autour du centre du carré et qu'ils soient disposés à des distances égales entr'eux; la suppression de l'un des angles du carré entratne également celle d*un trou de passa- ge du fil chauffante Ce fil n'est par conséquent pas guidé .. cet endroit. Les différents supports 11 sont disposés sur les quatre fils chauffants de façon que les supports successifs soient décalés l'un par rapport aux: autres d'un trou. Les angles non coupés se trouvent par conséquent situés sur une ligne héli- coidale dans le sens de la longueur du tube.
Les fige, 4 et 5 montrent un fragment d'un boudin de chauffage basé sur le même principe. Dans le tube 13 sont logés les fils chauffants 14 enroulés en spirale ainsi que le fil por- teur 15, sur lequel sont montés concentriquement les supports 16.
Ces supports ont une section à peu près carrée, comme le montre la fig. 5, mais leur section est bombée. Deux des angles sont coupés, tandis que les deux autres angles voisins ont été main- tenua. comme le montre la fig. 4, les trois supports superposés, par exemple en stéatite ou de préférence d'une matière plus com- pacte encore, sont décalés les uns par rapport aux autres de sorte que les angles- non coupés des supports successifs forment une ligne hélicoïdale. Comme le montre la fig. 4, les angles des supports en contact avec la. paroi du tube, sont pointue, de sor- te que la paroi du tube, directement soumise au rayonnement des fils chauffants, est le moins possible masquée.
La coupe longitudinale d'un support suivant la fig. 6 montre en outre un évidage pour diminuer la masse formant obsta- le au rayonnement. Le support 17, comme le montre la figure, est concave sur chaque face, un angle 18 est maintenu, un autre angle 19 est coupé. Comme le montre la fig. 4, on peut renforcer le trou de passage du fil porteur en ménageant un moyeu. sur chaque face du support.
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Dans la. forme d'exécution suivant la fig. 7, le chauf- feur 19a est muni d'un prolongement tubulaire annulaire 20 qui se trouve dans le bain dans le voisinage du fond. Le tube 21 est réserve, à l'alimentation. Dans le corps chauffant 20 sont logés les boudins chauffants électriques 22. Le récipient 23 contenant le bain peut éventuellement être entouré d'un enroulement de chauffage. Sa paroi extérieure est recouverte d'un revêtement protecteur 24, par exemple en nickel au une autre matière réais- tant à 1a corrosion.
Le plongeur-chauffeur est également recouvert d'un revê- tement protecteur 25 en nickel ou une autre matière convenable, par exemple un alliage inoxydable, sur la partie chauffante pro- prement dite, c'est-à-dire sur la partie annulaire tubulaire horizontale, Ce revêtement protecteur 25 est prévu aussi bien sur la paroi intérieure que sur la paroi extérieure et protège ces deux surfaces contre la pénétration du sel.
En résumé, la disposition suivant l'invention permet donc l'utilisation de plongeurs-chauffeurs électriques même pour les bains de sel pénétrant facilement à l'intérieur des tubes, les parois de ces tubes pouvant éventuellement être recouvertes de revêtements protecteurs, les parois entourant les parties chauf- fantes pouvant être recouvertes intérieurement et extérieurement de fortes couches de nickel ou d'autres métaux inoxydables.
En outre, même en cas de pénétration de constituantes du bain, pou- vant s'accumuler et provoquer des courts-circuits, la zone ainsi menacée est, suivant l'invention, particulièrement protégée, et même en cas de courts-circuits, provoqués par la pénétration du sel, le boudin chauffant peut très facilement être remplacé sans que le fonctionnement de l'installation en soit interrompu et sans que le rendement en souffre. En particulier, les éléments protecteurs restent dans le bain. Le boudin même peut être retiré en bloc et peut être réintroduit par simple glissement.
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Ceci rend possible à tout instant le contrôle de l'état des éléments chauffants en fonctionnement.
Le glissement du boudin chauffante au besoin produit par le fil-support, est dans ce cas extrêmement facilité par l'uti- lisation de supports ne remplissant pas entièrement la section du tube; le rendement de la résistance en est augmenté et on évite les accumulations de chaleur qui occasionnent des pertur- bations dans le fonctionnement. Enfin, l'emploi de revêtements protecteurs augmente la durée de l'appareil.
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RliNDICAIQ1 ET RESUJm.
1. Installation de chauffage électrique à plongeurs-chauffeurs, en particulier pour le chauffage de bains de sel fondu et de bains en fusion ayant tendance à pénétrer à l'intérieur des corps chauffants et à les détériorer, caractérisée en ce que la partie du tube protecteur à extrémité fermée, plongeant dans le bain et contenant les éléments chauffants, ne comporte qu'une courbure simple, permettant l'introduction et l'enlèvement faci les du boudin de chauffage flexible, composé de fils chauffants et de supports d'écartement isolants, enfilés sur ces fils et les maintenant à la distance désirée entr*eux et par rapport à la paroi intérieure du tube protecteur.
2. installation telle que revendiquée sous 1, caractérisée en ce que les supports d'écartement sont supprimés à l'intérieur du tube à la hauteur du niveau du bain ou environ à cette hau- teur.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.