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Patent 1253556 Summary

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Claims and Abstract availability

Any discrepancies in the text and image of the Claims and Abstract are due to differing posting times. Text of the Claims and Abstract are posted:

  • At the time the application is open to public inspection;
  • At the time of issue of the patent (grant).
(12) Patent: (11) CA 1253556
(21) Application Number: 519564
(54) English Title: FLUID HEATER COMPRISING A NON-CONDUCTIVE MAGNETIC CORE WITH A PRIMARY WINDING OF ELECTRICALLY CONDUCTING WIRES
(54) French Title: UN CHAUFFE-FLUIDE COMPRENANT UN NOYAU MAGNETIQUE NON CONDUCTEUR AYANT UN ENROULEMENT PRIMAIRE DE FILS CONDUCTEURS D'ELECTRICITE
Status: Expired
Bibliographic Data
(52) Canadian Patent Classification (CPC):
  • 309/16
  • 309/28
(51) International Patent Classification (IPC):
  • F24D 13/00 (2006.01)
  • B01D 3/32 (2006.01)
  • F24H 1/22 (2006.01)
  • H05B 6/02 (2006.01)
(72) Inventors :
  • MARCEAU, RICHARD J. (Canada)
  • JEANSON, GUY (Canada)
(73) Owners :
  • HYDRO-QUEBEC (Canada)
(71) Applicants :
(74) Agent: NORTON ROSE FULBRIGHT CANADA LLP/S.E.N.C.R.L., S.R.L.
(74) Associate agent:
(45) Issued: 1989-05-02
(22) Filed Date: 1986-10-01
Availability of licence: N/A
(25) Language of filing: French

Patent Cooperation Treaty (PCT): No

(30) Application Priority Data: None

Abstracts

French Abstract



ABREGE DESCRIPTIF
Un chauffe-fluide comprenant un noyau magnétique
non conducteur ayant un enroulement primaire de fils
conducteur d'électricité. Le secondaire, constitué d'un
cylindre conducteur d'électricité entoure ou est concentrique
à l'enroulement primaire avec lequel un contact intime est
assuré par un milieu conducteur de la chaleur mais non de
l'électricité. L'enroulement primaire possède une fiche
d'entrée pouvant être reliée à une source de tension. Un
appareil de contrôle de puissance est relié à la fiche
d'entrée. Le cylindre secondaire conducteur d'électricité
contient à son intérieur les canalisations permettant le
passage d'un fluide, à un taux d'écoulement prédéterminé, de
l'entrée à la sortie desdites canalisations. Le fluide
extrait la chaleur, générée par l'effet Joule, dégagée par le
cylindre secondaire conducteur de façon à réchauffer lesdits
fluides et à simultanément refroidir le cylindre afin de
maintenir ledit cylindre secondaire conducteur à une
température substantiellement constante.

Claims

Note: Claims are shown in the official language in which they were submitted.



Les réalisations de l'invention au sujet desquelles un droit
exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué comme il
suit:
1. Un chauffe-fluide comprenant un noyau magnétique
non-conducteur ayant un enroulement primaire de fils
conducteurs d'électricité, un cylindre unitaire secondaire
électriquement conducteur entourant ou concentrique audit
enroulement primaire avec lequel il est en contact intime par
l'intermédiaire d'un milieu thermiquement conducteur et
électriquement non-conducteur, ledit cylindre secondaire
électriquement conducteur est un serpentin formé d'une
pluralité de spires d'un conduit métallique disposé en
contact et de côte-à-côte, lesdites spires étant
court-circuitées les unes aux autres sur toute la longueur
dudit serpentin à travers ledit cylindre, ledit enroulement
primaire étant doté d'une fiche d'entrée pouvant être reliée
à une source de tension, un appareil de contrôle de puissance
étant relié à ladite fiche d'entrée, ledit cylindre
secondaire électriquement conducteur ayant en son intérieur
des moyens de passage pour l'écoulement d'un fluide à un taux
prédéterminé d'écoulement de l'entrée à la sortie dudit
passage, ledit fluide extrayant la chaleur dudit cylindre
secondaire conducteur et généré par l'effet Joule de façon à
chauffer ledit fluide et refroidir simultanément ledit
cylindre et à maintenir ledit cylindre secondaire
électriquement conducteur à une température substantiellement
constante.



2. Un chauffe-fluide tel que revendiqué à la
revendication 1, dans lequel sont prévus des moyens de

contrôle de la température dudit fluide.




- 16 -



3. Un chauffe-fluide tel que revendiqué à la
revendication 2, dans lequel est prévu un moyen de mesure de
température relié à ladite sortie dudit passage pour mesurer
la température dudit fluide.



4. Un chauffe-fluide tel que revendiqué à la
revendication 3, dans lequel ledit moyen de contrôle de la
température dudit fluide est constitué par ledit appareil de
contrôle de puissance, ledit appareil de contrôle de
puissance faisant varier ladite source de tension de ladite
fiche d'entrée dudit enroulement primaire en fonction de
l'écoulement du fluide et de la température faisant ainsi
varier la quantité de chaleur générée par ledit cylindre
conducteur.



5. Un chauffe-fluide tel que revendiqué à la
revendication 4, dans lequel ledit appareil de contrôle de
puissance est un appareil de contrôle à tension variable.



6. Un chauffe-fluide tel que revendiqué à la
revendication 4, dans lequel ledit appareil de contrôle de
puissance est un appareil à tension variable du genre
inductance variable ou autotransformateur à secondaire
variable.




7. Un chauffe-fluide tel que revendiqué à la
revendication 4, dans lequel ledit appareil de contrôle de
puissance est un appareil de contrôle à thyristors.




- 17 -


8. Un chauffe-fluide tel que revendiqué à la
revendication 1, dans lesdites entrée et sortie dudit passage
etant constitué par les extrémités respectives opposées dudit
conduit.



9. Un chauffe-fluide tel que revendiqué à la
revendication 1, dans lequel ladite source de voltage est une
source de 60 cycles.



10. Un chauffe-fluide tel que revendiqué à la
revendication 1, dans lequel ledit fluide est un liquide.



11. Un chauffe-fluide tel que revendiqué à la
revendication 1, dans lequel ledit fluide est un gaz.



12. Un chauffe-fluide tel que revendiqué à la
revendication 1, dans lequel ledit médium thermiquement
conducteur et électriquement non-conducteur est un matériau
isolant entourant ledit enroulement primaire et en contact
avec ledit cylindre conducteur.

13. Un chauffe-fluide tel que revendiqué à la
revendication 3, dans lequel ledit moyen de mesure de la
température est un appareil de mesure de température relié à
ladite sortie dudit passage, ledit appareil de mesure de
température étant relié audit appareil de contrôle et
émettant un signal représentatif de la température de sortie
dudit fluide.

14. Un chauffe-fluide tel que revendiqué à la
revendication 13, contenant en outre un appareil de mesure de
pression relié à ladite sortie dudit passage, ledit appareil



- 18 -


de mesure de pression étant relié audit appareil de contrôle
et émettant un signal représentatif de la pression interne de
l'appareil.



15. Un chauffe-fluide tel que revendiqué à la
revendication 14, dans lequel ledit fluide à ladite sortie
dudit passage est de la vapeur surchauffée à une température
supérieure à 100°C.



16. Un chauffe-fluide tel que revendiqué à la
revendication 13, dans lequel ledit fluide à ladite sortie
dudit passage est du lait pasteurisé.




- 19 -

Description

Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.


` lZS~55~;

La présente inventlon a trait à un chauffe-fluide
dans lequel le fluide est chauffé par induction
électromagnétique, et plus spécifiquement dans lequel un
fluide circule à l'intérieur d'un manchon secondaire
conducteur d'électricité qui entoure l'enroulement primaire
ou vice-versa et dans lequel la température du fluide est
contrôlable de façon à maintenir la température du fluide
substantiellement constante tout en maintenant le manchon
conducteur à une température substantiellement constante.
Il existe un appareil produisant de la chaleur par
l'emploi d'un générateur à thermo-induction et dans lequel
une pluralité d'enroulements tubulaires constituent
l'enroulement secondaire de façon à régulariser la
température du fluide. Chacun des enroulements tubulaires
individuels est court-circuité. Une valve à thyristors est
également associée aux enroulements individuels permettant
d'activer un ou plusieurs enroulements du circuit
d'écoulement du liquide, ce qui permet de controler la
température de ces derniers en dedans de certaines limites
qui ne sont pas très précises. Ainsi en commandant les
thyristors de façon appropriée certaines portions de
l'enroulement secondaire peuvent etre retranchées. Un tel
système triphasé est décrit brièvement dans un article publié
par la Compagnie Générale de Chauffe en 1985. Un désavantage
du générateur de chaleur thermo-inductif décrit ci-dessus est
qu'il est encombrant, consomme une grande quantité d'énergie,
et n'est employé que pour des applications industrielles sur
une large échelle telle que la production de vapeur. Il est
également indiqué que de tels générateurs de chaleur
possèdent plusieurs avantages du fait qu'ils requièrent très
peu d'entretien, ne causent pas de pollution, peuvent être

contrôlés automatiquement, et peuvent produire de la chaleur




~ ;~ ~ -- 1 --

S5~

très rapidement. Ils sont égalemen-t d'installation simple et
possèdent une haute efficacité thermique. Ils possèdent
également un excellent facteur de puissance du fait qu'ils
peuvent être employés pour une multitude d'applications.
Une première caractéristique de la présente
invention consiste à réaliser un chauffe-fluide amélioré dans
lequel la chaleur est produite dans le circuit secondaire
d'un transformateur.
Une autre caractéristique de la présente invention
consiste à réaliser un chauffe-fluide amélioré dans lequel la
chal~ur est produite dans le circuit secondaire d'un
transformateur et dans lequel un contrôle précis de la
température du fluide à chauffer est atteint en controlant la
tension appliquée à l'enroulement primaire.
Une autre caractéristique de la présente invention
consiste à réaliser un chauffe-fluide amélioré dans lequel la
chaleur est générée dans le circuit secondaire, et dans
lequel le circuit secondaire consiste en un matériau solide
ayant en son intérieur des moyens de passage pour le passage
d'un fluide, et dans lequel le fluide peut etre un gaz ou un
liquide.
Une autre caractéristique de la présente invention
consiste à réaliser un chauffe-fluide amélioré dans lequel la
chaleur est générée dans le circuit secondaire d'un
transformateur, lequel chauffe-fluide possède un controle de
température précis de façon à effectuer la pasteurisation du
lait, de la crème, du miel, des jus de fruits et autres
liquides.
Une autre caractéristique de la présente invention
consiste à réaliser un chauffe-fluide amélioré dans lequel la
chaleur est générée dans le circuit secondaire d'un




r A 2

355f~

transformateur, lequel chauffe-fluide a un -temps de démarrage
rapide de l'ordre de quelques secondes à plusieurs minutes,
lui permettant d'atteindre une température constante.
Une autre caractéristique de la présente invention
consiste à réaliser un chauffe-fluide amélioré dans lequel la
chaleur est générée dans le circuit secondaire d'un
transformateur, dans lequel le transformateur possède un
excellent facteur de puissance sous toute charge, ce facteur
de puissance pouvant dépasser 90~.
Une autre caractéristique de la présente invention
consiste à réaliser un chauffe-fluide amélioré utilisant le
circuit secondaire d'un transformateur comme source de
chaleur, dans lequel le secondaire est relie à la terre
fournissant ainsi un appareil d'utilisation securitaire, et
dans lequel les circuits secondaire et primaire sont reliés
thermiquement par l'intermédiaire d'un matériau thermiquement
conducteur et électriquement non-conducteur.
Une autre caractéristique de la présente invention
consiste à réaliser un chauffe-fluide amélioré qui emploie
le secondaire d'un transformateur comme source de chaleur et
dans lequel, en régime permanent, la chaleur du primaire est
également récupérée par le fluide de facon à atteindre une
efficacité d'approximativement 100%.
Une autre caractéristique de la présente invention
consiste à réaliser un chauffe-fluide amélioré qui utilise
l'enroulement secondaire d'un transformateur comme source de
chaleur et qui possède une multitude d'usages pour chauffer
un liquide ou un gaz ou pour effectuer l'évaporation de
liquide.
Selon les caractéristiques ci-dessus mentionnées,
et dans son aspect large, la présente invention realise un

chauffe-fluide comprenant un noyau magnetique non-conducteur



- 3 -

lZS35S~;


ayant un enroulement primaire de fils conducteurs
d'électricité, Le secondaire constitue d'un cylindre
electriquement conducteur, entoure ou est concentrique à
l'enroulement primaire avec lequel il est en contact intime
par l'intermédiaire d'un milieu thermiquement conducteur et
electriquement non-conducteur. Ledit cylindre secondaire,
électriquement conducteur, est un serpentin forme d'une
pluralite de spires d'un conduit metallique dispose en
cQntact et de côte-à-côte~f Lesdites spires sont
court-circuitees les unes aux autres sur toute la longueur
dudit serpentin et à travers dudit serpentin. L'enroulement
primaire est dote d'une fiche d'entree pouvant être reliee à
une source de tension. Un appareil de contrôle de puissance
est relie à la fiche d'entree. Le cylindre electriquement
conducteur du secondaire possède en son interieur des moyens
de passage pour l'ecoulement d'un fluide à un taux
prédéterminé d'écoulement de l'entrée à la sortie du passage.
Des fluides extraient la chaleur, générée par l'effet Joule,
du manchon conducteur du secondaire de facon à réchauffer le
fluide et refroidir simultanément le cylindre et à maintenir
le cylindre electriquement conducteur secondaire à une
température suhstantiellement constante.
Nous décrirons maintenant les exemples de
réalisation préférées de la présente invention en nous
référant aux dessins ci-~oints, dans lesquels:
La FIGURE lA est une représentation schématique de
la construction du chauffe-fluide amélioré de la présente
invention employant un transformateur à phase unique;
la FIGV~E lB est une vue en plan du noyau et des
enroulements du transformateur de la Figure lA;




-- 4

--"- 12S3556


la FIGURE 2A est une représentation schématique du
chauffe-fluide de la presente invention employant un système
à trois phases;
la FIGURE 2B est une vue en plan du noyau et des
enroulements de chaque phase;
la FIGURE 3 est une représentation schématique en
perspective montrant une modification à la construction du
manchon électriquement conducteur du secondaire du
transformateur;
la FIGURE 4 est une vue simplifiée d'une section
montrant une autre construction du manchon électriquement
conducteur du secondaire;
la FIGURE 5 illustre des courbes caractéristiques
montrant les hausses de température du secondaire avec ou
sans poudre d'alumine entre le primaire et le secondaire;
la FIGURE 6 montre les courbes caractaristiques
comparatives qui, tenant compte des valeurs d'augmentation de
la température de la Figure 5, illustrant le temps de chauffe
de quantités spécifiques de liquide passant dans le manchon
secondaire;
les FIGURES 7 et 8 montrent des diagrammes qui
exemplifient quelques applications du transformateur
chauffe-fluide amélioré de la présente invention; et
la FIGURE 9 montre une autre application de la
présente invention en illustrant d'une fason schématique la
section d'une colonne à lit fluidifié.
Se référant maintenant aux dess.ins, et plus
particulièrement à la Figure lA et lB, on y voit illustré
d'une facon génerale en 10 le chauffe-fluide amélioré de la
presente invention. L'appareil comprend essentiellement un

noyau magnetique non-conducteur 11 ayant un enroulement
primaire 12 et un manchon électriquement conducteur
~, .

125~5S6
.


secondaire 13 entouxant l'enroulement primaire 12. Le
manchon conducteur secondaire 13 est placé sur un médium
isolant 14 thermiquement conducteur et électriquement
non-conducteur qul entoure généralement l'enroulement
primaire 12. Ce médium isolant peut être un enrobage




- Sa -

lZS~556


d'isolant électrique en fibre de verre ou peut être de la
poudre d'alumine, ou tout autre médium acceptable possédant
les caractéristiques ci-dessus mentionnées de bonne
conductivité thermique et de non-conductivité électrique.
L'enroulement primaire 12 a ses bornes 15 reliées à
un appareil de controle 16 pouvant controler la puissance
appliquée dudit enroulement primaire controlant de ce fait la
quantité de chaleur générée dans le milieu secondaire 13.
L'appareil de controle est muni d'une fiche d'entrée 17
permettant de la relier à une source de voltage tel que la
source de courant alternatif usuel 115 volt ou 220 volt 60
cycles.
Tel qu'illustré, le manchon secondaire 13 est
constitué par un serpentin formé d'une pluralité de spires 18
d'un conduit métallique tel que du cuivre, de l'acier
inoxydable, du bronze, etc. lesquels les spires étant
court-circuitées les unes aux autres par des points de
soudure 19 de façon à former une masse unitaire. Du fait que
le circuit secondaire peut etre mis à la terre, la
construction du transformateur est très sécuritaire meme
lorsqu'employé à de haut niveau de puissance ou en faisant
intervenir des fluides inflammables. Une extrémité du
serpentin sert d'entrée 20 au passage du fluide tandis que
l'extrémité opposée 21 sert de sortie. Le fluide pénètre par
l'entrée 20, circule dans les différentes spires 18 et sort
par la sortie 21 après avoir été chauffées à la température
désirée. En contrôlant la tension appliquée au moyen de
l'appareil de contrôle 16, la température du fluide circulant
dans le serpentin peut être réglée de façon précise.
L'appareil de contrôle 16 peut être un contrôle de puissance

a base de thyristors ou une source variable de tension à
courant alternatif. L'appareil de contrôle peut également



r`., ~ 6 -

..

i2s~ss~j


être muni d'un circuit de contrôle automatique, évident pour
l'homme de l'art, de façon à régulariser la température du
fluide. Pour assurer cette régularisation de la température,
un senseur 22 peut être connecté au tuyau de sortie 21 et
fournir un signal approprié à l'appareil de contrôle par
l'entremise de la connection 23. La pression du fluide à
l'intérieur du serpentin peut également être relevée à l'aide
d'un senseur 24 également relie au tuyau de sortie 21 et à
l'appareil de contrôle par l'intermédiaire de la connection
25 fournissant un signal représentatif de la pression dans le
fluide. Un senseur de température additionel 26 peut aussi
être relié au tuyau d'entrée 20 et à l'appareil de contrôle
par l'intermédiaire de la connection 27 de façon à fournir un
signal indicatif de la température du fluide à l'entrée du
serpentin. Tous ces signaux de contrôle peuvent être gérés
par l'appareil de contrôle de façon à assurer la bonne marche
du chaùffe-fluide 10. Le fluide à la sortie 21 peut être
employé à diverses applications et pourrait servir de charge
soit à un échangeur de chaleur, un réservoir, etc..
Se référant maintenant aux Figures 2A et 2B, on y
voit une construction similaire mais à trois phases. Tel
qu'illustré ici, chacune des phases possède un serpentin
secondaire isolé du primaire founissant de ce fait trois
différentes sources de chaleur. On peut également envisager
que les sorties du fluide de chacun des serpentins puissent
être connectées en série par des moyens appropriés permettant
ainsi la production de grande quantité de chaleur tout en
employant une basse puissance à l'entrée. La construction de
ce système en trois phases est évidente en vue des diagrammes
et des descriptions des Figures lA et lB et ne nécessite pas

d'explication supplémentaire.




-- 7

lZ5~556


Les Figures 2 et 4, montrent des alternatives de la
construction du manchon secondaire electriquement conducteur.
Dans la Figure 3, le manchon secondaire electriquement
conducteur est constitué d'un cylindre métallique 28 dont le
corps est rendu poreux par la présence d'une pluralité de
canalisations axiales 29 espacées les unes par rapport aux
autres et traversant le corps du cylindre de part en part.
Une chambre collectrice 30 munie d'un tuyau d'entrée 31 est
prévue à une extrémité du cylindre tandis qu'une autre
chambre collectrice 32 munie d'un tuyau de sortie 33 est
prévue à l'extremite opposee du cylindre de façon à laisser
passer de l'eau en travers le corps poreux du cylindre 28
pour refroidir ledit cylindre et chauffer le fluide.
Tel qu'illustre à la Figure 4, le cylindre poreux
28 peut egalement être constitue d'un cylindre creux ayant
ses parois interieure 34 et extérieure 35 concentriques et
espacées l'une de l'autre. Dans l'espace 36 définie entre
ces parois 34 et 35, on dispose une pluralité de tiges
métalliques allongées raprochées les unes des autres et en
contact avec les parois intérieure et extérieure du cylindre
de fason à définir des espaces intersticiels entre celles-ci
et constituant par le fait même une masse poreuse. Les
courant induits circulent en partie dans la paroi extérieure
en partie dans ces tiges métalliques et génèrent de la
chaleur qui est récupérée par le fluide circulant entre
lesdites tiges. On peut également envisager que le corps
poreux soit constitué d'une poudre de métal ou d'un métal
frité appropriés. Dans toutes les applications prévues, le
fluide peut être un liquide ou un gaz, et des applications
spécifiques de ce transformateur seront décrites plus tard en

référence aux Figures 7 et 8. Egalement, dans toute


lZS355~
, .


application, la position des circuits primaire et secondaire
peut être inversée de façon à ce que le primaire enveloppe
totalement le secondaire.
On a construit un prototype de chauffe-fluide a
l'induction électromagnétique à l'aide d'un transformateur
ayant un noyau et un enroulement primaire standard. La
bobine primaire est composée de quatre couches concentriques
de fils numéro six AWG avec recouvrement en polyester enroulé
autour du bras central du noyau pour un total de 240 tours
primaires (60 tours par couche). Chaque couche est isolée
l'une de l'autre par une feuille isolante Nomex (marque de
commerce) de 0,005 pouce, et le tout a été baigné et cuit
dans un vernis de bonne tenue thermique (Schenectady 346).
Cette construction permet d'exploiter le primaire jusqu'à une
température de 180C.
Les dlmensions du noyau ont été choisies en
fonction d'une tension de spire spécifique d'environ 12,4
millivolt par tour/cm2 et d'une tension de spire d'un volt
par tour.
Le secondaire est constitué par un tuyau de bronze
d'un diamètre extérieur de 0,405 pouce et d'une épaisseur de
paroi de 0,062 pouce. La longueur du conduit était de 11,5
metres bobinés sur une hauteur de 20 tours et court-circuitée
dans sa totalité. Le court-circuit a été effectué en soudant
la totalité des enroulements à l'argent, les uns sur les
autres, sur toute la longueur du tuyau. Environ un
kilogramme de poudre d'alumine a été ajouté dans l'espace
entre le primaire et le secondaire, et on a réalisé des tests
avec ou sans présence d'alumine. Les tests ont également été

réalisés en se servant d'eau comme fluide circulant à travers
le manchon secondaire.


12~35S~:;

Une fois que le fluide eut enfin un régime
permanent, les mesures suivantes ont ete effectuees à
differentes consignes de tension d'entree et de debit d'eau.
Le courant, la tension, et le facteur de puissance de même
que la puissance electrique furent mesurees. Le debit de
l'eau et la temperature de l'eau à l'entree et à la sortie
furent egalement mesurée, de même que la pression de l'eau à
l'entrée et à la sortie. La distribution de température dans
le secondaire fut également mesurée, de même que la
température de la bobine primaire à différents endroits.
Toutes les températures ont été mesurées à l'aide d'un
thermocouple soudé à différents points de mesure sur le
circuit secondaire.
Les Figures 5 et 6 illustrent les résultats obtenus
par ces tests avec le transformateur chauffe-fluide
spécifiquememt mentionné ci-dessus. La Figure 6 illustre le
temps de montée en température, c'est-à-dire le temps requis
par l'appareil pour atteindre 90% de la valeur de température
identifiée à la Figure 5. Ces temps de montées ont été
mesurés à différents débits. Les Figures 5 et 6 illustrent
des mesures effectuées avec ou sans l'emploi de poudre
d'alumine entre le primaire et le secondaire. Dans ces deux
cas, les essais ont été effectués avec une température du
fluide pénétrant dans le secondaire d'approximativement 5 à
7, le secondaire et la poudre d'alumine étant initialement à
la température du fluide.
L'efficacité électrothermique du chauffe-fluide de
la présente invention est caractérisée par deux valeurs
d'efficacité, à savoir l'efficacité de l'enroulement
secondaire mesurée à la fin du cycle initial de chauffage,
considéré ici comme le régime stationnaire, et l'efficacité

de l'ensemble en régime permanent, c'est-à-dire, après que la



~ -- 10 --

125~55~;

chaleur générée par le primaire est diffusée vers le
secondaire de façon à être évacuée par le fluide. Avec ou
sans poudre d'alumine entre le primaire et le secondaire, la
puissance dissipée par le primaire durant la montée initiale
pour atteindre le régime permanent ne peut influencer la
valeur de la température du liquide dans le secondaire
puisque le temps de diffusion thermique depuis le primaire au
secondaire est beaucoup plus long que le temps de montée en
température du secondaire. Donc, dans le cas des régimes
stationnaire et permanent, l'efficacité du secondaire est
calculée essentiellement de la meme façon, c'est-a-dire, en
comparant la chaleur évacuée par le fluide, Pth. à la
puissance calculée du secondaire, Ps.
On effectue d'abord le calcul a la puissance
thermique évacuée par le fluide par la relation suivante:

th qe Cpe (TS ~ TE) (1)
La puissance secondaire est ensuite calculée depuis
la valeur de résistance totale, que l'on mesure indirectement
à chaque essai, et de laquelle on soustrait la valeur de la
résistance primaire, connue à 20 et corrigée par la
température d'exploitation moyenne que l'on obtient à chaque
essai. Puisqu'on mesure l'intensité du courant dans le
primaire et qu'on peut estimer de cette façon la résistance
secondaire référée au primaire, on peut calculer la puissance
dissipée par le secondaire par l'équation:
Ps = I RS (2)
L'efficacité de l'enroulement secondaire,
c'est-à-dire, en régime sta-tionnaire à la fin de la montée en
température initiale de l'appareil découle donc du rapport
des deux puissances Pth et PS et peut être exprimée par

l'équation suivante:
nS = Pth/Ps (3)

.~,
,r ~ 11

1253556


Pour l'efficacité en régime permanent, les mesures
ont été faites après trois heures d'opération quoique le
régime permanent soit habituellement atteint en moins d'une
heure et demle. La puissance thermique Pth, est calculée
comme ci-dessus et la puissance électrique totale Pt, mesurée
à l'entrée du primaire, sert de référence. On obtient donc
l'efficacité en régime permanent par la formule:
rp th/ t
Ces résultats sont illustrés au Tableau de la Figure 6.
Cette illustration montre également les temps de montée
mesurés avec ou sans poudre d'alumine. En l'absence de
poudre d'alumine entre le primaire et le secondaire, la
puissance est limitée à 5 kilowatts. Après l'introduction
d'alumine entre le primaire et le secondaire, cette valeur
atteint 10 kilowatts. Ceci est dû aux caractéristiques de
l'isolant de l'enroulement du primaire qui interdit des
températures d'exploitation supérieures à 180C.
Avec une tension d'alimentation primaire de 155
volts, la puissance mesurée est de 9.73 kilowatts. Le
facteur de puissance est 91.5~ et la température maximale du
primaire était de 164C. La température moyenne du primaire
est d'environ 120C, et l'estimation des pertes électriques
du primaire à cette température est d'environ 834 watts. A
une tension de 238 volts sur le primaire, on enregistre une
puissance de 23 kilowatts, à un facteur de puissance
identique, et la perte dans l'enroulement primaire a été
évaluée à 1.54 kilowatts à une température du primaire
n'excédant pas 50C.
Les courbes des Figures 5 et 6 démontrent la
performance de l'appareil sous différentes conditions

d'opération. Des mesures additionnelles indiquent également




- 12 -
;, . `

1~S355~;

que le secondaire ainsi que l'eau qui y circule sont partout
approximativement inden-tique, permettant ainsi un contrôle
précis de la température du fluide.
En l'absence de poudre d'alumine, l'efficacité du
seul secondaire atteignant un régime stationnaire est de 97%.
En présence d'alumine, on remarque que cette valeur décroit à
88~. Cela signifie que le secondaire et le primaire
fournissent à la poudre d'alumine de la chaleur chacun de
leur côté jusqu'à ce qu'un état d'équilibre permanent soit
atteint, (i.e. le régime permanent). C'est à ce moment que
le liquide récupère l'énergie thermique générée par le
primaire, c'est-à-dire 9% de la puissance électrique totale.
On peut également observer à partir du Tableau de
la Figure 6, que la puissance thermique semble quelques fois
dépasser la puissance électrique pour atteindre un facteur
d'efficacité qui dépasse 100%. Ceci résulte d'une erreur
expérimentale reliée au maintien d'une tension RMS constante
en régime permanent dû à des variations locales de tension
qui sont hors de notre contrôle.
Les Figures 7, 8 et 9, illustrent quelques
applications du chauffe-fluide de la présente invention.
Comme illustré à la Figure 7, l'appareil 10 est employé
comme échangeur de chaleur dans lequel la partie chaude qui
circule dans le conduit de sortie 21 est connecté à un
serpentin échangeur de chaleur 35 localisé dans le bâti d'une
fournaise 36 où un soufflet 37 force une circulation d'air à
travers un serpentin échangeur de chaleur 35 de facon à
refroidir le fluide qui y circule. La température du fluide
de sortie de la canalisation de sortie 21 de l'appareil 10 de
la présente invention est mesurée à l'aide d'un senseur 27.
Le fluide de retour dans la canalisation d'entrée 20 de

l'appareil 10 de la présente invention est également mesuré




,- "~

1253556

par un senseur 26; la température de l'air circulant à
travers le serpentin échangeur 35 est également mesurée par
un senseur 38. Ces senseurs fournissent un signal à
l'appareil de contrôle 16 de façon à régulariser la
température du liquide. L'air qui circule à travers le
serpentin échangeur 35 est alors chauffé et distribué dans
une enceinte (non illustrée). D'une facon alternative, le
chauffe-fluide dans son entier 10 peut être installé dans la
chambxe 36 de façon à ce que son manchon secondaire soit
exposé à la circulation d'air. De plus, l'enroulement
secondaire peut présenter une construction différente faisant
intervenir des tubes plus grands dans lesquels on force l'air
à circuler pour être chauffée et par la suite, relâchée dans
un système à convexion.
La Figure 8 montre une application du
chauffe-fluide 10 de la présente invention dans son
utilisation comme pasteurisateur de lait. Tel qu'illustré
ici, du lait contenu dans un réservoir 40 est pompé par
l'entremise d'une pompe 41 dans la canalisation d'entrée 20
de l'enroulement secondaire du chauffe-fluide 10. Le lait
est chauffé à une température précise mesurée par un senseur
par l'entremise de l'appareil de contrôle 16 qui régularise
cette température. Le lait pasteurisé qui sort par la
canalisation de sortie 21 est alors récupéré dans une autre
récipient 42. Un appareil échangeur de chaleur 43 peut
également être installé entre le récipient 42 et la
canalisation de sortie 21 du chauffe-fluide de la présente
invention afin de refroidir le lait pasteurisé et d'employer
la chaleur ainsi récupérée pour d'autres applications.
La Figure 9 illustre schématiquement une autre
application dans laquelle le transformateur est employé à

chauffer un lit fluidifié. Généralement, dans cet



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12S~SS6

arrangement, la chambre du lit 45 contient l'enroulement
primaire 12 ainsi que le noyau dans une section de sa
colonne, et autour de cet enroulement primaire 12, on place
une poudre metallique 46 constituant le milieu secondaire.
Une grille de distribution 47 permet le passage d'un gaz ou
d'un liquide à travers la poudre constituant le milieu
secondaire 46. Une autre substance peut être injectee dans
la poudre par l'entremise de la canalisation 48.
Plusieurs autres applications du chauffe-fluide de
la presente invention sont envisagees et à titre d'exemple
seulement, mentionnons le chauffage de liquides corrosifs
(acides, electrolytes), ainsi que le chauffage de liquides
lourds et epais (pâtes à papier3, etc...) de produits
agro~alimentaires (lait, crème, jus de fruits, sirops,
protéines diluées), des liquides pharmaceutiques
(préparations de médicaments, antibiotiques), ou des liquides
inflammables ou dangereux tels que l'huile et les matières
organiques. En mode évaporateur, l'appareil peut egalement
etre utilise comme rebouilleur dans des colonnes a distiller,
ou utilise comme sterilisateur, etc.
La presente invention couvre toutes modifications
evidentes des exemples de realisations preferees ci-avant
decrites en autant que de telles modifications tombent sous
la portée des revendications qui suivent.




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Representative Drawing

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Administrative Status

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Administrative Status

Title Date
Forecasted Issue Date 1989-05-02
(22) Filed 1986-10-01
(45) Issued 1989-05-02
Expired 2006-10-01

Abandonment History

There is no abandonment history.

Payment History

Fee Type Anniversary Year Due Date Amount Paid Paid Date
Application Fee $0.00 1986-10-01
Owners on Record

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HYDRO-QUEBEC
Past Owners on Record
JEANSON, GUY
MARCEAU, RICHARD J.
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Document
Description 
Date
(yyyy-mm-dd) 
Number of pages   Size of Image (KB) 
Drawings 1993-12-13 6 204
Claims 1993-12-13 4 113
Abstract 1993-12-13 1 26
Cover Page 1993-12-13 1 15
Description 1993-12-13 16 621