Brevet FR2311756A1 — publié le 19761217

La présente invention concerne un générateur d'impulsions électriques, notamment pour appareil de traitement de liquide. La présente invention concerne plus particulièrement, mais non exclusivement, les appareils de traitement de l'eau dans lesquels les corps susceptibles de provoquer l'entartrage des canalisations et des appareils d'utilisation subissent une action de nature à inhiber la formation de dépôts incrustants et à favoriser l'élimination des susdits sous forme de boues. Dans les appareils connus de ce type, les impulsions sont formées par un passage d'un courant électrique provoqué par la décharge d'un condensateur entre des électrodes de traitement immergées dans le liquide contenu dans l'appareil. De plus, ces appareils connus ne comportent pas de moyens permettant de contrôler en permanence l'efficacité du traitement. Cette technique présente donc comme inconvénients - la faible durée de vie du condensateur soumis à des décharges à courant important et à fréquence élevée, la fréquence minimale étant de l'ordre de 16 Hz - l'encombrement important d'un tel équipement malgré sa faible fiabilité, cet encombrement étant notamment dû à la présence dudit condensateur - la difficulté d'adaptation du matériel à un usage professionnel qui implique des débits d'eau extrêmement élevés, ce dernier inconvénient étant dt à la puissance maximale relativement faible que peut supporter le condensateur - la formation d'un déport adhérent de tartre sur la cathode de traitement, ce qui se traduit au bout d'un certain temps de service par une augmentation de l'impédance de la cellule de traitement, donc par une diminution du courant de décharge du condensateur, et, en conséquence, par une dégradation de la qualité du traitement anti-tartre effectué par l'appareil, tout ceci avec, en outre, l'impossibilité de connaître Ilefficaci, té du traitement effectué par l'appareil, et, par exemple, de décrasser en temps utile (avant que le traitement ne devienne inefficace). L'invention supprime ces inconvénients et a notamment pour but de proposer un générateur d'impulsions utilisant le principe suivant : création d'une impulsion de tension par découpage, au moyen d'un organe de commutation, de la partie arrière d'une arche de tension périodique passant par zéro. L'impulsion ainsi engendrée est représentée par l'aire hachurée 1 sur la figure 1. Une méthode économique d'obtention de l'impulsion consiste à utiliser la tension alternative sinusoidale fournie par le réseau de distribution d'énergie électrique sans que l'utilisation-préférentielle de cette source exclue la possibilité d'utilisation d'autres sources de tension alternative éventuellement non sinusoïdale. La présente invention comporte entre autres avantages - une grande fiabilité, obtenue par l'élimination du condensateur de stockage d'énergie et le choix d'un procédé nouveau de création d'impulsions par découpage d'une partie d'une tension périodique - un faible encombrement obtenu par l'utilisation d'un montage de commutation qui ne présente pas de composants dissipant une puissance importante - de larges possibilités d'adaptation à des débits d'eau très variables par le choix des dimensions de la cellule de traitement et/ou de la valeur crête de la tension périodique dans laquelle on découpe l'impulsion ; et - le contrôle permanent de la qualité du traitement par la mesure permanente de l'intensité des impulsions. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels -- la figure 1 représente une portion de signal d'alimentation périodique, selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 représente un schéma électrique d'un générateur d'impulsions, selon un premier mode de réalisation de l'invention, ce générateur étant représenté alimentant une cellule de traitement d'eau - la figure 3 représente un schéma électrique d'un générateur d'impulsions, selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ;; - la figure 4 représente la tension aux bornes du secondaire du transformateur du générateur représenté à la figure 2 - la figure 5 représente la tension aux bornes du condensateur de déphasage du générateur représenté à la figure 2 - la figure 6 représente la caractéristique couranttension de la diode de redressement du générateur représenté à la figure 2 - la figure 7 représente la coaractéristique couranttension du diac du générateur représenté à la figure 2 ; et - la figure 8 représente la caractéristique couranttension de l'ensemble diac + diode en série du générateur représenté à la figure 2. Dans le cas de l'exemple décrit et représenté figures 2 et 3,le générateur d'impulsions est utilisé pour alimenter en impulsions électriques une cellule de traitement d'eau 2. Dans l'état actuel des connaissances théoriques sur la question, on pense que l'efficacité du traitement de l'eau par impulsions n'est liée qu'à l'amplitude crête desdites impulsions (pour un débit de liquide donné) ; puisque la puissance électrique consommée par l'appareil d'utilisation est liée à l'aire hachurée 1 sur la figure 1, on a tout intérêt à se placer dans la partie de la sinusoîde où la pente est sensiblement constante ; selon un mode de réalisation préféré (alimentation par le réseau) on adoptera des valeurs de 2 i 3 La cellule de traitement 2 est constituée par une enceinte métallique 2a traversée par l'eau à traiter ; elle est donc reliée à des canalisations d'eau non représentées, le plus souvent métalliques ; des raisons élémentaires de sécurité conduisent à relier électriquement au potentiel de la terre ladite enceinte 2a (cellule 2) et les canalisations associées à cette dernière. Il est donc nécessaire de prévoir un transformateur d'isolement 3 entre le générateur proprement dit et la source de tension alternative 4 qui l'alimente, cette source étant en général le réseau de distribution d'énergie. Il a été constaté que le transformateur d'isolement 3 dispensait de prendre des précautions supplémentaires pour éviter la propagation vers la source d'énergie électrique 4 des perturbations créées par l'amorçage de l'organe de commutation (triac 5).En outre, le transformateur 3 joue un rôle de stockage de l'énergie électrique sous forme électro-magnétique Il a été constaté que seule l'électrode négative de la cellule 2 se chargeait d'un dépôt de tartre ; il faut donc nettoyer régulièrement l'électrode négative. Comme il est plus facile de nettoyer correctement une électrode que la paroi de la cellule de traitement, le mode de réalisation préféré utilisera des impulsions unidirectionnelles : on n'utilisera donc qu'une alternance sur les deux de la tension alternative d'alimentation, avec un branchement tel que la paroi 2a de la cellule de traitement 2 soit positive et l'électrode 2b négative. Le générateur représenté à la figure 2 est un mode de réalisation de la présente invention. On y distingue un transformateur 3 dont le primaire est branché sur le réseau 4 et dont le secondaire alimente un circuit de puissance constitué par le branchement en série d'une cellule de traitement 2, d'un élément de commutation constitué par un triac 5, et d'une résistance de mesure 10; un circuit de déphasage comportant en série une résistance 6 et un condensateur 7 un circuit auxiliaire comportant en série un diac 9 et une diode 8, ce circuit reliant la sortie 20 du circuit de déphasage (cette sortie étant le point commun à la résistance 6 et au condensateur 7) à l'électrode de commande du triac 5. Le générateur décrit ci-dessus utilise une diode 8 sélectionnant des impulsions unidirectionnelles, parce qu'il comporte comme moyen de commutation, un composant nouveau, peu onéreux et de grande diffusion mais bidirectionnel : le triac 5 ; on remarquera que la diode 8 est incluse dans un circuit à faible puissance qui est le circuit-de commande du triac 5. Le fonctionnement du générateur décrit ci-dessus et représenté aux figures 2 et 3 est le suivant (cas d'une alimentation sinusoldale) : - la tension secondaire, prise comme référence de phase, du transformateur 3 est représentée sous la référence 11 à la figure 4. Gracie à la présence du réseau de déphasage à résistance 6 et condensateur 7, la tension aux bornes du condensateur 7 représentée figure 5 sous la référence 12, présente un retard de phase t sur la tension 11. La diode 8 permet de sélectionner des impulsions unidirectionnelles ; sa tension inverse est choisie nettement supérieure à la tension crête V12 de la courbe 12. La caractéristique courant-tension de la diode 8 est représentée figure 6. Le diac 9, dont la caractéristique courant-tension est représentée figure 7, présente deux possibilités de basculement correspondant aux deux parties de sa caractéristique où la pente est négative. La caractéristique courant-tension de l'ensemble diode 8 + diac 9 montés en série ne présente donc qu'une seule possibilité de basculement (zone à pente négative) dans le domaine de tension existant aux bornes du condensateur 7, c'est-à-dire, entre - V12 et + V12 ; on appellera V13 la tension de basculement de l'ensemble 8 + 9. Partant de l'instant t = o où la tension 11 devient positive et où la tension 12 est négative, donc où l'ensemble 8 + 9 n'est pas conducteur (voir figure 8), la tension 12 va croître jusqu'à l'instant tl où elle atteindra (pour la première fois depuis t = o) la valeur V13. A cet instant, il y aura basculement de l'ensemble 8 + 9 vers l'état conducteur, dans lequel le courant passera d'une valeur pratiquement nulle Io à a valeur beaucoup plus importante 113. C'est le passage de ce courant dans l'électrode de commande du triac 5 qui amorcera celui-ci. Le triac 5 se comporte alors comme un interrupteur établissant le courant dans le circuit formé par le transformateur 3 la cellule de traitement 2 et la résistance 10. Le triac 5 permet ainsi de faire passer dans la cellule 2 (dont l'impédance est en pratique purement résistive) un courant proportionnel à la tension li tant que cette dernière restera positive. La résistance 10 branchée en série avec la cellule 2 présente à ses bornes une tension proportionnelle au courant de traitement dans la cellule 2 et permet une mesure de ce courant. Le courant dans la cellule 2 devient ntl en même temps que la tension 11. Pendant le temps où la tension 12 diminue puis e s t négative, il ne peut y avoir basculement de 8 + 9, ce qui permet de sélectionner la seule alternance positive de la tension 11 pour y découper des impulsions. Ce résultat est lié au choix de la polarité de branchement de la diode 8 et correspond à la polarité indiquée sur la figure 2. On obtiendrait évidemment un résultat analogue avec polarité opposée, en inversant le branchement de la diode 8 dans ce cas, il conviendrait d'inverser également l'enceinte 2a et électrode 2b de la cellule 2 pour que seule l'électrode 2b subisse l'entartrement. Comme il a été dit plus haut, l'impédance de la cellule de traitement 2 est, en pratique , purement résistive. L'impulsion de courant de traitement est donc proportionnelle à l'impulsion de tension fournie à la cellule 2, ce qui permet de choisir les moyens de réglage de l'intensité des impulsions, pour adapter l'appareil à différents débits maxima, parmi les possibilités mentionnées ci-dessous On pourra agir sur l'impédance de la cellule, c'est-à-dire sa longueur et le rapport des diamètres de l'enceinte et de l'électrode ; en pratique, on conservera une enceinte standard et on fixera le diamètre et/ou la longueur de l'électrode, ceci pour une tension Vlldonnée. Pour atteindre une gamme de débits plus importants, il sera possible d'utiliser des tensions plus élevées. Enfin, au cas où la fréquence des impulsions obtenues avec le montage décrit ci-dessus (50 Hz dans le cas d'alimentation par le réseau de distribution d'énergie) s'avèrerait insuffisante, il suffirait, pour doubler cette fréquence, de réaliser un montage du type double alternance en utilisant deux générateurs identiques branchés sur la même cellule de traitement, fournissant tous deux des impulsions de même signe et alimentés par un même transformateur comportant deux enroulements secondaires en opposition de phase, conformément à la figure 3. Le générateur décrit ci-dessus a été plus particulièrement étudié pour un appareil de traitement anti-tartre pour l'eau, mais il peut être utilisé dans tous les domaines de traitement des liquides par impulsions électriques, par exemple, traitement des vins et alcools, aussi bien pour la prévention des dépôts incrustants que pour le vieillissement artificiel. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de 11 invention. REVENDICATIONS 1) Générateur d'impulsions électriques, notamment pour appareil de traitement de liquide, caractérisé en ce que les impulsions sont obtenues par découpage d'une tension périodique d'alimentation passant par zéro, avantageusement mais non exclusivement alternative, sinusordale ou non, fournieaou non par le réseau de distribution d'énergie électrique, et en ce qu'il est constitué essentiellement par un moyen électronique de découpage associé à un transformateur. 2j Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un organe de mesure permanente de l'amplitude du courant des impulsions. 3) Générateur selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens de découpage comprennent au moins un organe de commutation constitué par un thyratron, par un thyristor, par un triac ou par tout organe analogue comportant une électrode de commande. 4) Générateur selon une des revendications 1 à 3, caractérise en ce que la tension de commande de l'organe de commutation est dirivée de la tension d'alimentation. 5) Générateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la tension de commande de l'organe de commutation est dérivée de la tension d'alimentation au moyen d'un circuit de déphasage 6} Générateur selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte deux organes de commutation couplés en montage double alternance.