ATBECHDE....FRGB..ITLILUNLSE......................
C
0087523
DEMANDE DE BREVET EUROPEEN
A1
19830907
EP
82200213.5
19820222
fr
fr
fr
19830907
198336
19830907
198336
3
3H 05H 1/40 A
3H 05B 7/18 B
de
Einrichtung zur Erhitzung von Gasströmen mittels eines elektrischen Lichtbogens
en
Equipment for the heating of a gas fluid by means of an electric arc
fr
Dispositif de chauffage de fluides gazeux au moyen d'un arc électrique
ATELIERS DE CONSTRUCTIONS ELECTRIQUES DE CHARLEROI (ACEC) Société Anonyme
00200229
39.25/1870
(ACEC) Société Anonyme, ATELIERS DE CONSTRUCTIONS ELECTRIQUES DE CHARLEROI
Avenue Lloyd George 7
B-1050 Bruxelles
BE
Bingen, Roald
41, Avenue des Genêts
B-6001 Marcinelle
BE
Becko, Yves
203, Boulevard Tirou
B-6000 Charleroi
BE
Bossard, Franz (CH)
et al
00000120
288, rue de Jamioulx
B-6110 Montigny-le-Tilleul
BE
AT
BE
CH
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NL
SE
Un dispositif de chauffage de fluides gazeux utilise un arc électrique entretenu au moyen d'une source de puissance entre deux électrodes principales (1,2) coaxiales, creuses formant une chambre de traitement cylindrique (6); les électrodes principales sont séparées l'une de l'autre par un entrefer annulaire et entourées chacune par une bobine (7,8) alimentée par un courant continu engendrant un champ magnétique longitudinal par rapport à l'axe commun aux dites électrodes principales; ce dispositif comprend des moyens pour véhiculer un fluide gazeux à travers la dite chambre de traitement (6) et des moyens pour injecter un fluide gazeux à travers le dit entrefer dans la chambre de traitement. En au moins un endroit déterminé du côté extérieur des électrodes principales (1,2) au moins une électrode auxiliaire (9) est disposée à proximité de l'éntran- glement le plus étroit de l'entrefer annulaire à faible distance d'une autre électrode (2). Une source de faible puissance de tension élevée amorce au moins temporairement une décharge entre les dites électrode auxiliaire et autre électrode (2) et le fluide injecté à travers l'entrefer annulaire souffle dans le dit entrefer annulaire le plasma engendré par cette décharge.
La présente invention a pour objet un dispositif de chauffage pour fluides gazeux au moyen d'un arc électrique entretenu au moyen d'une source de puissance entre deux électrodes principales, coaxiales, creuses délimitées par des surfaces de révolution, formant une chambre de traitement approximativement cylindrique. De tels dispositifs de chauffage sont en soi connus par exemple par le brevet allemand No. 1 245 509. Les électrodes principales y sont séparées l'une de l'autre par un entrefer annulaire et entourées chacune par une bobine alimentée par un courant continu engendrant un champ magnétique longitudinal par rapport à l'axe commun aux électrodes principales. Le dispositif connu comprend, en outre, des moyens pour véhiculer un fluide gazeux à travers la dite chambre de traitement et des moyens pour injecter un fluide gazeux à travers le dit entrefer dans la chambre de traitement.
Dans les dispositifs de chauffage du genre décrit ci-dessus, la puissance installée est en général un multiple de la puissance effectivement utilisée, car à chaque extinction de l'arc, un nouvel arc doit être amorcé, ce qui nécessite une tension d'amorçage élevée. Par contre dès que l'amorçage a eu lieu, la tension entre les électrodes tombe à une valeur relativement faible, ne dépendant que très peu de l'intensité du courant qui peut être très elevée. La source de puissance alimentant l'arc possède ainsi une puissance égale à la tension d'amorçage fois le courant d'arc maximum, tandis que la puissance utilisée est égale seulement à la tension d'arc en régime fois le courant d'arc maximum. Une telle source de courant est coûteuse; elle nécessite des impédances importantes pour limiter le courant et une isolation pour des tensions très élevées.
L'invention a pour but de réduire à un minimum la puissance installée d'un tel dispositif.
Pour ce faire, suivant l'invention un nouveau dispositif de ce genre est caractérisé en ce qu'en au moins un endroit déterminé du côté extérieur des deux électrodes principales au moins une électrode auxiliaire est disposée à proximité de l'étranglement le plus étroit de l' entrefer annulaire, à faible distance d'une autre électrode, en ce qu' une source de faible puissance, de tension élevée amorce au moins temporairement une décharge entre les dites électrode auxiliaire et et autre électrode et en ce que le fluide injecté à travers l'entrefer annulaire souffle dans le dit entrefer annulaire le plasma engendré par cette décharge.
L'invention est décrite ci-dessous par rapport à un exemple d'une forme d'exécution en se référant au dessin annexé.
A la figure 1, une électrode principale cylindrique creuse 1 est disposée bout-à-bout et coaxialement par rapport à une autre électrode principale cylindrique creuse 2. Les deux électrodes 1 et 2 sont écartées l'une de l'autre et forment un entrefer annulaire défini par une pièce isolante 3 contre laquelle sont pressées les deux électrodes 1 et 2. Chacune des électrodes 1 et 2 présente un faisceau de canaux 4 taillés par exemple dans le métal des électrodes. Ces canaux restent ouverts et permettent d'amener un fluide gazeux dans un espace de distribution 5 entourant l'entrefer annulaire. Le fluide gazeux amené dans l'espace de distribution 5 est injecté à travers l'entrefer dans l'espace de traitement 6 disposé à l'intérieur des électrodes dans lequel passe un fluide gazeux à traiter. Les électrodes 1 et 2 sont entourés de bobines 7 et 8 parcourues par un courant continu, engendrant un champ magnétique longeant les surfaces des électrodes 1 et 2. Une électrode auxiliaire 9 traverse la pièce isolante 3 et s'approche de l'électrode 2 dans l'espace de distribution 5 à un endroit très proche de l' étranglement le plus étroit de l'entrefer entre les électrodes 1 et 2. L'électrode auxiliaire 9 est reliée à une source de tension alternative,non représentée, de fréquence par exemple trente ou mille fois plus élevée que la fréquence du courant d'arc traversant les électrodes 1 et 2. La source de tension alternative peut être relié d'autre part soit à une autre électrode auxiliaire)non représentée, soit directement à une des électrodes principales par exemple l'électrode 2. Une décharge de faible puissance est entretenue entre les électrodes 2 et 9 qui engendre une certaine quantité d' électrons et ions qui sont soufflés à travers l'entrefer et permettent de réamorcer l'arc à des tensions ex- trèmement basses, seulement peu supérieures à la tension d'arc.
Si d'autre part, la tension de la source de tension auxiliaire doit être choisie égale à 28 kV, l'intensité maximum de cette source peut être limitée à 500 mA. Soit la puissance de 14 kVA à une fréquence de par exemple 50.000 Hz. Par contre la source de courant reliée aux électrodes principales peut fonctionner à 50 Hz avec une tension de seulement 3 kVet une intensité de 5 kA soit une puissance de 15 MVA. Cette puissance utile ne nécessite donc qu'environ 10% de supplément pour assurer le réamorçage de l'arc. L'invention est applicable aussi bien à l'amorçage d'arcs en courant continu ou en courant alternatif.
Dans le cas du fonctionnement de l'installation décrite au moyen d'une décharge à courant continu, l'allumage de l'arc à l'aide de l'électrode auxiliaire peut se faire au moment de l'extinction de l'arc, par exemple au moyen d'un train d'impulsions de courte durée. Mais un tel allumage intermittent ne peut être envisagé que dans le cas où les conditions de fonctionnement sont très stables et où les désamorçages de l'arc sont erratiques et rares.
Si les désamorçages sont fréquents, il est plus opportun de maintenir en permanence la tension aux bornes de l'électrode auxiliaire. Cette tension peut être continue ou alternative de préférence à une fréquence d'au moins 20 fois la fréquence de la tension appliquée entre les électrodes principales.
L'intensité du courant de la décharge entretenu par l'électrode auxiliaire dépend de la pression de gaz, de sa nature, de la distance de l'électrode auxiliaire, de l'électrode principale et de l'entrefer le plus étroit entre les électrodes principales. Elle est choisie suffisamment grande pour garantir des réamorçages de l'arc principal à chaque alternance du courant principal ou à chaque interruption du courant principal. Une intensité de 500 mA est suffisante dans une ambiance hydrogène à pression atmosphérique et lorsque l'électrode auxiliaire se trouve à une distance de 10 mm de l'entrefer le plus étroit entre les électrodes principales et de 5 mm de la masse de l'électrode principale la plus proche.
Au lieu d'amorçer l'arc entre l'électrode auxiliaire 9 et l'électrode principale 2, il est possible aussi de l'amorcer entre deux électrodes auxiliaires dont les extrémités se rapprochent à proximité de l'entrefer annulaire.
Il est aussi possible de prévoir plusieurs électrodes auxiliaires autour de l'entrefer annulaire et de faire amorcer les arcs d'allumage à tour de rôle à l'endroit d'électrodes auxiliaires différents afin d' en limiter l'usure.
ì. Dispositif de chauffage de fluides gazeux au moyen d'un arc électrique entretenu au moyen d'une source de puissance entre deux électrodes principales (1,2) coaxiales, creuses, délimitées par des surfaces de révolution, formant une chambre de traitement approximativement cylindrique (6), ces électrodes principales étant séparées l'une de l'autre par un entrefer annulaire et entourées chacune par une bobine (7,8) alimentée par un courant continu engendrant un champ magnétique longitudinal par rapport à l'axe commun aux dites électrodes principales, ce dispositif comprenant des moyens pour véhiculer un fluide gazeux à travers la dite chambre de traitement (6) et des moyens pour injecter un fluide gazeux à travers le dit entrefer dans la chambre de traitement (6),
caractérisé en ce qu'en au moins un endroit déterminé du côté extérieur des électrodes principales (1,2) au moins une électrode auxiliaire (9) est disposée à proximité de l'étranglement le plus étroit de l'entrefer annulaire à faible distance d'une autre électrode (2), en ce qu'une source de faible puissance de tension élevée amorce au moins temporairement une décharge entre les dites électrode auxiliaire (9) et autre électrode (2) et en ce que le fluide injecté à travers l'entrefer annulaire souffle dans le dit entrefer annulaire le plasma engendré par cette décharge.
2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la tension appliquée à l'électrode auxiliaire (9) est une tension continue.
3. Dispositif suivant la revendication l, caractérisé en ce que la tension appliquée à l'électrode auxiliaire (9) est une tension alternative de fréquence au moins 20 fois la fréquence de la tension appliquée aux électrodes principales (1,2).