EP0419351A1 - Elément tubulaire de chauffage électrique et son dispositif de cintrage, et échangeur comportant un tel élément - Google Patents

Elément tubulaire de chauffage électrique et son dispositif de cintrage, et échangeur comportant un tel élément Download PDF

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EP0419351A1
EP0419351A1 EP90402584A EP90402584A EP0419351A1 EP 0419351 A1 EP0419351 A1 EP 0419351A1 EP 90402584 A EP90402584 A EP 90402584A EP 90402584 A EP90402584 A EP 90402584A EP 0419351 A1 EP0419351 A1 EP 0419351A1
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heating element
exchanger
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outer sheath
jaws
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Sylvain Lalot
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Vulcanic
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/40—Heating elements having the shape of rods or tubes
    • H05B3/42—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible
    • H05B3/48—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible heating conductor embedded in insulating material

Definitions

  • the present invention relates to a tubular electric heating element in particular for corrosive baths, of the type comprising a metal tube inside which the heating members are arranged, as well as a bending device for this element and a heat exchanger comprising a such element.
  • Known electric heating elements generally have a metallic outer sheath. This makes them very vulnerable in most corrosive baths and their lifespan is therefore very short under these conditions of use.
  • the present invention aims to overcome these drawbacks.
  • the invention firstly relates to a tubular electric heating element, in particular for corrosive baths, comprising a metal tube inside which the heating members are arranged, characterized in that it comprises a corrugated outer sheath made of corrosion-resistant synthetic material.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • Such a corrugated sheath has a number of advantages.
  • the exchange surface is increased at the level of the sheath making it possible to pass a greater heat flow with equal thickness.
  • this small sheath has a thickness of the order of 0.5 mm to 1 mm and be therefore much less fragile.
  • the seal can be checked before assembly.
  • the corrugations allow, on the other hand, either a very easy mounting on curved parts, or a bending after mounting.
  • the corrugations absorb the differences in expansion between the sheath and the heating tube.
  • the element according to the invention comprises an end plug made of a resin of the same kind as the sheath.
  • thermocouple is provided disposed between the metal tube and the outer sheath.
  • thermocouple makes it possible to know the temperature of the sheath so as to regulate the temperature of the heating element or its power.
  • the temperature of the sheath is lower than its degradation temperature. It is also useful that the temperature of the sheath is limited in the event that the fluid to be heated can degrade.
  • the present invention also relates to a device for bending an element as described above, characterized in that it comprises fixed jaws for immobilizing the element in translation, a fixed wheel adjacent to said jaws, and a wheel movable in rotation about the axis of the fixed wheel, the jaws and the wheels having surfaces having a profile complementary to that of the outer sheath of the element.
  • the present invention also relates to a heat exchanger, characterized in that it comprises at least one heating element as described above.
  • this exchanger comprises at least one sealing gland between the heating element and the wall of the exchanger.
  • connection box provided with a cup-shaped flange, said flange having at least one hole for the passage of the end of the heating element, said end being embedded in a sealing and holding resin contained in said flange.
  • the heating element shown in FIG. 1 comprises in a known manner a heating wire 1 made of a resistive alloy of the nickel-chromium type and two electrical connection terminals 2.
  • the wire 1 is placed in a tube 3 from which it is isolated by an insulating powder 4, for example magnesia.
  • the tube 3 is made of a very malleable material such as copper or aluminum which has undergone thermal softening after the compacting of the insulation 4, carried out by rolling.
  • the tube 1 is then threaded into an outer sheath 5 of corrugated shape.
  • This operation can be performed before the formation of the loops 6 or after, depending on the length and the number of loops.
  • the seal at the end of the heating element between the tube 1 and the terminals 2 on the one hand, and between the sheath 5 and the tube 1 on the other hand, is obtained using a plug 7 in suitable resin.
  • this resin is of the same nature as the sheath 5.
  • the sheath can be made of fluorinated resin such as PTFE, the plug 7 also being made of a fluorinated resin, for example melted at 360 ° C.
  • thermocouple 8 disposed between the tube 3 and the sheath 5 in order to know the temperature of the latter.
  • the sealing at the supply wires 9 is also carried out using the resin plug 7, these wires being brought to the instrumentation outside the heating element.
  • Figure 3 shows a device for bending a heating element 10 according to the invention.
  • This device comprises two fixed jaws 11 for keeping this element in translation and a thumb wheel 12 also fixed relative to the jaw 11.
  • Another wheel 13 is pivotally mounted around the axis 14 of the wheel 12 to move as shown by the arrow F.
  • the contact surfaces of the jaws 11 and the knurling wheels 12 and 13 with the element 10 have imprints complementary to the undulation of the sheath to allow the bending of the element 10 without damaging the corrugated sheath.
  • the bending is obtained by tightening this element in the jaws 11 then by moving the wheel 13 in the direction of the arrow F in order to bend the element around the wheel 12.
  • the wall of the exchanger 16 comprises for example a metal casing 17 and an inner coating 18 of the same kind as the outer sheath of the heating element 15.
  • the ends of the element 15 pass through the wall of the exchanger 16, l sealing vis-à-vis the outside being ensured by means of the devices 19 shown in detail in FIG. 5.
  • the end 20 of the sheath is made cylindrical by heating and forming adapted to its nature. In the case of a PTFE sheath, it is heated to 360 ° C. using a heating mandrel to remove the ripples.
  • the seal is produced using a cable gland, the body 21 of which is held by a nut 22 which makes it possible to ensure the seal between the inner lining 18 and the body 21.
  • the body 21 and the seal 23 must of course resist corrosion of the fluid inside the exchanger and its temperature.
  • these parts can be made of PTFE.
  • a cup-shaped flange 25 made for example of aluminum has two holes 26 for the passage of the ends of the heating element 15. These ends are embedded in a resin 27 inside of the flange 25, only the connection terminals 28 protruding from the resin 27 to allow their connection at 29.
  • the resin 27 provides mechanical support for the tube and the sheath of the element 15 relative to the connector, as well as the seals between the terminals 28 and the tube, between the tube and the sheath, and between the sheath and the flange 25 .

Landscapes

  • Resistance Heating (AREA)
  • Control Of Resistance Heating (AREA)
  • Bending Of Plates, Rods, And Pipes (AREA)

Abstract

L'invention est relative à un élément tubulaire de chauffage électrique, notamment pour bains corrosifs, comportant un tube métallique (3) à l'intérieur duquel sont disposés les organes de chauffage (1). Il comprend une gaine extérieure ondulée (5) en matériau synthétique résistant à la corrosion.

Description

  • La présente invention concerne un élément tubulaire de chauffage électrique notamment pour bains corrosifs, du type comportant un tube métallique à l'intérieur duquel sont disposés les organes de chauffage, ainsi qu'un dispositif de cintrage pour cet élément et un échangeur de chaleur comportant un tel élément.
  • Les éléments de chauffage électrique connus ont d'une façon générale une gaine extérieure métallique. Ceci les rend très vulnérables dans la plupart des bains corrosifs et leur durée de vie est par conséquent très courte dans ces conditions d'utilisation.
  • Il est donc nécessaire dans ces conditions difficiles de protéger la gaine métallique extérieure.
  • On a par exemple recours à cet effet à des résines fluorées déposées à la surface extérieure de la gaine métallique pour constituer une barrière aux agressions chimiques. De telles résines sont toutefois difficiles à mettre en oeuvre.
  • La présente invention vise à pallier ces inconvénients.
  • A cet effet, l'invention a tout d'abord pour objet un élément tubulaire de chauffage électrique, notamment pour bains corrosifs, comportant un tube métallique à l'intérieur duquel sont disposés les organes de chauffage, caractérisé par le fait qu'il comprend une gaine extérieure ondulée en matériau synthétique résistant à la corrosion.
  • On peut par exemple utiliser une résine fluorée telle que du polytétrafluoréthylène (PTFE).
  • Une telle gaine ondulée présente un certain nombre d'avantages.
  • Tout d'abord, la surface d'échange est augmentée au niveau de la gaine permettant de passer un flux de chaleur plus important à épaisseur égale.
  • Par ailleurs, contrairement au revêtement effectué par projection et ayant typiquement des épaisseurs de l'ordre de 0,01 mm à 0,1 mm, cette gaine petit posséder une épaisseur de l'ordre de 0,5 mm à 1 mm et être par conséquent beaucoup moins fragile.
  • En outre, l'étanchéité est contrôlable avant montage.
  • Les ondulations permettent d'autre part, soit un montage très facile sur des parties cintrées, soit un cintrage après montage.
  • Enfin, les ondulations absorbent les différences de dilatation entre la gaine et le tube de chauffage.
  • Dans un mode de réalisation particulier, l'élément selon l'invention comprend un bouchon d'extrémité réalisé dans une résine de même nature que la gaine.
  • De préférence, on prévoit un thermocouple disposé entre le tube métallique et la gaine extérieure.
  • Ce thermocouple permet de connaître la température de la gaine de manière à réguler la température de l'élément de chauffage ou sa puissance.
  • Il est en effet important que la température de la gaine soit inférieure à sa température de dégradation. Il est également utile que la température de la gaine soit limitée dans le cas où le fluide à chauffer peut se dégrader.
  • La présente invention a également pour objet un dispositif de cintrage d'un élément tel que décrit ci-dessus, caractérisé par le fait qu'il comprend des mors fixes pour immobiliser l'élément en translation, une molette fixe adjacente auxdits mors, et une molette mobile en rotation autour de l'axe de la molette fixe, les mors et les molettes possédant des surfaces ayant un profil complémentaire de celui de la gaine extérieure de l'élément.
  • La présente invention a également pour objet un échangeur de chaleur, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins un élément de chauffage tel que décrit ci-dessus.
  • Avantageusement, cet échangeur comprend au moins un presse-étoupe d'étanchéité entre l'élément de chauffage et la paroi de l'échangeur.
  • Dans un mode de réalisation particulier, il comprend un boîtier de raccordement muni d'un flasque en forme de coupelle, ledit flasque ayant au moins un trou pour le passage de l'extrémité de l'élément de chauffage, ladite extrémité étant noyée dans une résine d'étanchéité et de maintien contenue dans ledit flasque.
  • On décrira maintenant à titre d'exemple non limitatif un mode Ue réalisation particulier de l'invention en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels :
    • - la figure 1 est une vue partiellement en coupe d'un élément de chauffage selon l'invention,
    • - la figure 2 représente un mode de réalisation particulier d'une extrémité de cet élément,
    • - la figure 3 montre un dispositif pour le cintrage de cet élément,
    • - la figure 4 est une vue en coupe d'un échangeur utilisant un élément de chauffage selon l'invention,
    • - la figure 5 est une vue à plus grande échelle du détail V de la figure 4, et
    • - la figure 6 représente en coupe un connecteur susceptible d'être utilisé sur un tel échangeur.
  • L'élément chauffant représenté à la figure 1 comprend de façon connue un fil chauffant 1 en alliage résistif du type nickel-chrome et deux bornes de raccordement électrique 2. Le fil 1 est disposé dans un tube 3 dont il est isolé par une poudre isolante 4, par exemple de la magnésie. Le tube 3 est réalisé dans une matière très maléable telle que du cuivre ou de l'aluminium ayant subi un adoucissement thermique après le compactage de l'isolant 4, effectué par laminage.
  • Le tube 1 est ensuite enfilé dans une gaine extérieure 5 de forme ondulée.
  • Cette opération peut s'effectuer avant le formage des boucles 6 ou après, en fonction de la longueur et du nombre de boucles.
  • L'étanchéité à l'extrémité de l'élément chauffant entre le tube 1 et les bornes 2 d'une part, et entre la gaine 5 et le tube 1 d'autre part, est obtenue à l'aide d'un bouchon 7 en résine adéquate.
  • De préférence, cette résine est de même nature que la gaine 5.
  • A titre d'exemple, la gaine peut être en résine fluorée telle que du PTFE, le bouchon 7 étant également dans une résine fluorée, par exemple fondue à 360° C.
  • Dans le mode de réalisation de la figure 2, on a en outre prévu un thermocouple 8 disposé entre le tube 3 et la gaine 5 afin de connaître la température, de cette dernière. L'étanchéité au niveau des fils d'alimentation 9 est également réalisée à l'aide du bouchon de résine 7, ces fils étant amenés à l'instrumentation à l'extérieur de l'élément chauffant.
  • La figure 3 montre un dispositif pour le cintrage d'un élément de chauffage 10 selon l'invention.
  • Ce dispositif comprend deux mors fixes 11 pour maintenir cet élément en translation et une molette 12 également fixe par rapport au mors 11.
  • Une autre molette 13 est montée pivotante autour de l'axe 14 de la molette 12 pour se déplacer comme représenté par la flèche F.
  • Les surfaces de contact des mors 11 et des molettes 12 et 13 avec l'élément 10 possèdent des empreintes complémentaires à l'ondulation de la gaine pour permettre le cintrage de l'élément 10 sans détériorer la gaine ondulée.
  • Le cintrage est obtenu en serrant cet élément dans les mors 11 puis en déplaçant la molette 13 dans le sens de la flèche F afin de cintrer l'élément autour de la molette 12.
  • Si l'on se reporte aux figures 4 et 5, on voit un élément de chauffage 15 réalisé selon l'invention incorporé dans un échangeur à flux constant 16 où circule un fluide corrosif à réchauffer.
  • La paroi de l'échangeur 16 comprend par exemple une enveloppe métallique 17 et un revêtement intérieur 18 de même nature que la gaine extérieure de l'élément chauffant 15. Les extrémités de l'élément 15 traversent la paroi de l'échangeur 16, l'étanchéité vis-à-vis de l'extérieur étant assuré à l'aide des dispositifs 19 représentés en détail à la figure 5.
  • L'extrémité 20 de la gaine est rendue cylindrique par un chauffage et un formage adapté à sa nature. Dans le cas d'une gaine en PTFE, on chauffe à 360°C à l'aide d'un mandrin chauffant pour supprimer les ondulations.
  • L'étanchéité est réalisée à l'aide d'un presse-étoupe dont le corps 21 est maintenu par un écrou 22 qui permet d'assurer l'étanchéité entre le revêtement intérieur 18 et le corps 21. Le joint 23 et l'écrou 24 du presse-étoupe assurent l'étanchéité au niveau de la gaine 20 de l'élément chauffant 15 par serrage de l'écrou 24.
  • Le corps 21 et le joint 23 doivent bien entendu résister à la corrosion du fluide intérieur à l'échangeur et à sa température. Dans le cas présent, ces pièces peuvent être réalisées en PTFE.
  • Si l'on se réfère maintenant à la figure 6, on voit une partie de connecteur pour les extrémités de l'élément 15.
  • Un flasque 25 en forme de coupelle réalisé par exemple en aluminium comporte deux trous 26 pour le passage des extrémités de l'élément de chauffage 15. Ces extrémités sont noyées dans une résine 27 à l'intérieur du flasque 25, seules les bornes de raccordement 28 dépassant de la résine 27 pour permettre leur connection en 29.
  • La résine 27 assure le maintien mécanique du tube et de la gaine de l'élément 15 par rapport au connecteur, ainsi que les étanchéités entre les bornes 28 et le tube, entre le tube et la gaine, et entre la gaine et le flasque 25.
  • Diverses variantes et modifications peuvent bien entendu être apportées à la description qui précède, sans sortir pour autant du cadre ni de l'esprit de l'invention.

Claims (7)

1 - Elément tubulaire de chauffage électrique, notamment pour bains corrosifs, comportant un tube métallique (3) à l'intérieur duquel sont disposés les organes de chauffage (1), caractérisé par le fait qu'il comprend une gaine extérieure ondulée (5) en matériau synthétique résistant à la corrosion.
2- Elément selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend un bouchon d'extrémité (7) réalisé dans une résine de même nature que la gaine extérieure.
3 - Elément selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'il comprend un thermocouple (8) disposé entre le tube métallique et la gaine extérieure.
4 - Dispositif de cintrage d'un élément selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il comprend des mors fixes (11) pour immobiliser l'élément en translation, une molette fixe (12) adjacente auxdits mors, et une molette (13) mobile en rotation autour de l'axe (14) de la molette fixe, les mors et les molettes possédant des surfaces ayant un profil complémentaire de celui de la gaine extérieure de l'élément.
5 - Echangeur de chaleur caractérisé par le fait qu'il comporte au moins un élément de chauffage (15) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3.
6 - Echangeur selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins un presse-étoupe d'étanchéité (21, 23, 24) entre l'élément de chauffage et la paroi (17, 18) de l'échangeur.
7 - Echangeur selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé par le fait qu'il comprend un boîtier de raccordement muni d'un flasque (25) en forme de coupelle, ledit flasque ayant au moins un trou (26) pour le passage de l'extrémité de l'élément de chauffage, ladite extrémité étant noyée dans une résine (27) d'étanchéité et de maintien contenu dans ledit flasque.
EP90402584A 1989-09-19 1990-09-19 Elément tubulaire de chauffage électrique et son dispositif de cintrage, et échangeur comportant un tel élément Ceased EP0419351A1 (fr)

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DE419351T1 (de) 1991-09-26
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