Brevet FR2350759A1 — publié le 19771202

Connues depuis plusieurs dizaines d'années, ces chaudières ont fait l'objet de difi-erents brevets tant français qu'étrangers. Malgré les améliorations apportées par ces brevets, il s'est toutefois avéré que leur mise en oeuvre présentait certaines difficultés.Tels les brevets anglais n 7225496, allemand n 7244957 et suisse n 1288705, dont les principaux inconvénients constatés lors de leur application semblent etre les suivants 1.- Usure prématurée des électrodes, malgré la présence de métaux nobles, par ailleurs fort couteux (platine, titane,...), 2.- Oxydation du fluide échauffé provoquant à plus ou moins long terme l'oxydation, l'usure et enfin la détérioration des échangeurs thermi aues, surtout si ces derniers sont en tôle d'acier, 3.- Mélange des ions H+ semis par l'électrolyse avec non seulement les impuretés préexistant dans le fluide véhicule (sels minéraux,...) ou provenant de l'oxydation des échangeurs thermiques, mais aussi celles résultant de Itelectrolyse elle-meme. Ce mélange amène une augmentation notable de la viscosité du fluide caloporteur, et par conséquent, le ralentissement de sa circulation, voire l'obstruction des canalisations. ORIGINALITE DE L'IhNEENTION PROPOSEE L'originalité de l'invention proposée réside d'une part dans le fait que cette invention pallie ces trois défauts majeurs, et d'autre part dans celui qu'elle présente un rendement calorifique sur l'effet Joule supérieur à l'unité. DESCRIPTION DE L'INSTALLATION OBJET DE L'INVENTION PROPOSER Pour une meilleure compréhension de l'invention proposée et de sa mise en oeuvre, se reporter aux Figures 7 et 2 de la Planche en annexe. Ces figures font apparaitre les trois constituants principaux de l'installation décrite à titre d'exemple 1.- En (A), électrodes catalytiques productrices de vapeur, fixées à un support (D) appelé ci-après "porte-électrodesl', par l'intermédiaire d'un isolant (E) connu. Ces électrodes sont constituées d'un novau- support (A1) métallique, revêtu par frittage d'un composé de divers éléments de poudres métalliques et d'oxydes métallioues choisis entre les valences 3 et 5, et d'un liant en vitro-céramique à base de terres rares (lithium, lantane dopé,...).Voir repère (A2). Ainsi rendues à la fois antioxydantes et catalytiques H et O proportionnellement à l'in tensité d'un champ magnétique lorsqu'elles se trouvent soumises à l'action d'un tel champ, ces électrodes présentent par ailleurs une très grande résistance aux chocs thermiques et une durée de vie plusieurs fois supérieure à celle des électrodes communes en matière d'électrolyse (platine, titane, tantale,...) 2.- En (B), enceinte dite "de phase vapeur", de forme parallèlépipé- dique ou autre, renfermant les électrodes (A), séparée d'elles par un espace dit "de phase vapeur", et fixée comme elles au porte-électrodes (D).Cette enceinte (B) présente les particularités suivantes 2,1.- Son enveloppe est constituée de deux éléments, à savoir 2,1,1,- Une couche-support (B1) en métal amagnétique et inoxydable, 2,1,2.- Une couche poreuse (B2), constituée de particules métalliques et d'oxydes métalliques déposés par frittage ou pulvérisation à la flamme sur la face externe de la couche-support (31). Associée thermiquement à son support, cette couche poreuse est douée d'un remarquable coefficient de transmission thermique, puisqu'il s'avère être environ dix fois supérieur à celui observé dans le cas de surfaces rendues rugueuses mécaniquement, Cette couche poreuse doit toutefois posséder une structure stable et raisonnablement uniforme dans toute son épaisseur.Reliés les uns aux autres, les pores qui la composent doivent en outre etre de dimension capillaire, c'est à dire d'un diamètre équivalent compris entre t50 et 250 microns, selon la pression et la tension superficielle du fluide en contact avec la couche poreuse (théorie KELVIN). 2,2.- L'enveloppe de l'enceinte (B) est percée de plusieurs orifices dont certains sont équipés de soupapes autoréglables (M) qui mettent l'enceinte de phase vapeur (B) en communication avec l'enceinte de phase liquide (C). 3*- En (C), enceinte dite "de phase liquide", contenant l'enceinte de phase vapeur (B) et séparée d'elle par un espace dit "de phase liqui- de". De forme semblable à celle de l'enceinte (B), l'enceinte (C) est, comme elle, fixée au porte-electrodes (D). Elle est réalisée dans un matériau aniagnetique et inoxydable. Elle présente en outre les parti cularites suivantes 3,1.- Deux raccords (R1) et (R2), en matériau isolant ou non, permettent l'entréer d'un fluide à échauffer et sa sortie acres échauffement. 3,2.-A la base de ces raccords, et à l'intérieur de l'enceinte (C), sont prévus des logements ou épaulements circulaires destinés à recevoir des filtres catalyseurs (F1) et (foc) en mousse de silice traitce speeialement par un oxyde métallique de valence comprise entre 5 et 7. A ltextérieur et autour de ces épaulements contenant lesdits filtres tF1) et (F2), sont disposés un ou plusieurs générateurs de champs ma gnostiques (G1) et (G2), qui peuvent etre des bobines ou des aimants permanents par exemple, Dans le cas où l'installation est utilisée par exemple comme chaudière à usage domestique, un serpentin (S) peut par ailleurs être disposé dans l'enceinte (C) et servir ainsi à échauffer de l'eau destinée t la consommation. PRINCIPE ET FONCTIONNEMENT DE L'INSTALLATION Pour une meilleure compréhension, se reporter aux Figures 1 et 2 de la Planche en annexe Un fluide actif (de l'eau par exemple) pénètre dans l'enceinte (C) soit par effet de giration (thermosyphon), soit par accélération (pompe), et traverse le premier filtre catalyseur (F1) en mousse de silice spécia- lement traitée. Ce fluide actif peut etre solide à température ambiante et ne devenir liquide qu'après éch uffement. Il peut etre constitue par n'importe quel liquide conducteur, pourvu qu'il n'exerce aucune action nuisible sur les électrodes et qu'il fournisse les caracrtéristiques de rendement désirées. Il peut être une solution aqueuse d'un composé organique ou non, ou encore une solution non aqueuse å base de solvant organique, avec ou sans soluté, pour augmenter sa conductuvité électrique. Il peut contenir un mélange azeotropique de deux ou plusieurs solvants dont l'un peut etre de l'eau. Après passage au travers du filtre catalyseur (F1), le fluide actif pénètre et se répand dans les enceintes de phase liquide (G) et de phase vapeur (B), puis ressort échauffé de enceinte (C) par le second filtre catalyseur (F2), pour se diriger vers une utilisation quelconque, par exemple des échangeurs thermiques,et céder son énergie calorifique, avant de retourner à son point de départ et recommencer son cycle. Dans l'enceinte de phase vapeur (B), le fluide actif pénètre par les orifices-soupapes (M) et submerge totalement les électrodes (A), pour autant qu'il n'existe pas de différence de pression entre l'enceinte de phase vapeur (B) et enceinte de phase liquide (C). Les électrodes (A) sont alimentées en électricité (secteur), montes en série avec les générateurs de champs magnétiques (G1) et (G2), et asservies à un pressostat monté en série avec un thermostat chargés de maintenir la pression et la température du fluide échauffé dans des limites fixées (appareils non représentés sur les Figures en annexe). Le fluide actif est transformé en électrolyte dans l'enceinte (B), où les électrodes produisent instantanément de l'énergie calorifique (proportionnellement à U et à I) sous forme d'une multitude de microbulles de vapeur. Il se crée ainsi dans l'enceinte (B) une pression supérieure à celle de l'enceinte (C), et la vapeur formée stécoule naturellement vers un espace de moindre pression, en l'occurence l'enceinte de phase liquide (C), où elle se condense, libérant son énergie calorifique dans le fluide caloporteur. Par ailleurs, ce fluide actif est également échauffé au contact de l'enveloppe de l'enceinte de phase vapeur (B). On tend ainsi à un équilibre thermique entre phase vapeur et phase liquide, équilibre grandement favorisé par la surface externe microporeuse de l'enceloppe de l'enceinte (B). Il apparait que la quantité de vapeur produite dans l'enceinte de phase vapeur (3) est fonction de trois facteurs essentiels: 1.- La porosité capillaire de la surface des électrodes (frittage), 2.- La réaction catalytique, dans le fluide actif (électrolyte), des divers métaux et oxydes de métaux composant les électrodes, 3.- la différence de tension existant entre les électrodes, ainsi que la surface des électrodes ellesmemes. La vapeur émise dans l'enceinte (B), sous l'effet de sa pression qui augmente proportionnellement à sa température, refoule une partie plus ou moins grande du fluide actif par les soupapes (M) vers l'enceinte de phase liquide (C), et ii se crée alors une zone ou poche de vapeur saturée à température élevée, dans laquelle les électrodes se trouvent plus ou moins découvertes et ddgagées de fluide actif. On constate par ailleurs que le volume de cette poche augmente proportionnellesent a la puissance des champs magnétiques créés par les générateurs magne- tiques (G1) et (G2), effet-probablement dû à une concentration thermiquedans les métaux et oxydes de métaux composant les électrodes. On constate enfin que la poche de vapeur saturée dans l'enceinte (B), et ce, malgré l'augmentation de la température régnant dans cette enceinte, tend à faire décroître logarithmiquement l'intensité absorbée par les électrodes (secteur). Cette aécroissance d'intensité absorbée est imputable à l'état emul- sif résultant du mélange intime maintenu par brassage entre la vapeur saturée et le fluide actif présent dans l'enceinte (B). L'émulsion favorable à ce phénomène est produite à température supérieure au point d'ébullition du fluide actif (électrolyte), et la rapidité avec laquelle est obtenu ce point d'émulsion est inversément proportionnelle à la rapidité avec laquelle s'effectue l'rechange thermique entre phase vapeur et phase liquide. Cette rapidité d'échange thermique constitue la limite pratique du phénomène et de son rendement, mais il est évident que le rendement maximal dépend du degré de perfection atteint dans la réalisation pratique des différents constitu ants de l'installation et de leur coordination. Bien entendu, la description qui précède est donnée à titre d'exemple, et l'invention peut astre mise en oeuvre suivant d'autres variantes sans que l'on sorte de son cadre; un tel producteur et échangeur de chaleur réalisé dans l'esprit de l'invention peut en effet être utilisé pour d'autres applications que celles des chaudières et générateurs de vapeur. REVENDICATIONS 1.- Procédé de production et d'utilisation d'énergie calorifique par électrocatalyse sous champs magnétiques d'us fluide actif caloporteur filtré avant et après échauffement, dans un dispositif constitué d'une enceinte de phase vapeur génératrice de vapeur et d'énergie calorifique contenue dans une enceinte de phase liquide, dispositif permettant l'échange thermique entre ces deux phases du fluide actif. 2.- Revêtement de la face externe de l'enveloppe métallique et amagné- tiquede enceinte de phase vapeur, selon revendication 1, par frittage ou pulvérisation 8 la flamme de particules de métaux et d'oxydes de métaux de valence comprise netre les valences 3 et 5, pour obtenir une couche poreuse de structure capillaire stable et uniforme favorisant l'obtention d'un coefficient élevé d'échange thermique et de catalyse entre phase vapeur et phase liquide. 3.- Orifices et soupapes autoréglables situées aux parois haute et basse de l'enveloppe de l'enceinte de phase vapeur, selon revendications 1 et 2, permettant d'une part la régulation automatique des pressions régnant dans l'enceinte de phase vapeur, et d'autre part l'amélioration de l'échange thermique entre cette phase vapeur et la phase liquide. 4.- Electrodes électrocatalytiques, utilisées dans le procédé objet de la revendication 1, revêtues par frittage ou autre procédé d'un compose de divers éléments de poudres métalliques et d'oxydes metalli- ques choisis entre les valences 3 et 5 et d'un liant en vitro-cerami- que à base de terres rares, électrodes pressentant une surface poreuse telle que les pores qui la composent sont 8 la fois générateurs calo rifiques et catalyseurs. 5.- Dispositifs gtenérate-rs de de champs magnétiques, selon revendication 1, se trouvant en amont et en aval de l'enceinte d phase liquide et agissant comme correcteurs des champs électriques crevés dans l'enceinte de phase vapeur (poche de vapeur saturée). 6.- Filtres catalyseurs, selon revendication 1, destinés à catalyser les impuretés et sous-produits du fluide actif et constitués principalement de mousse de silice traitée par des oxydes metalliques de valence comprise entre les valences 5 et 7. 7.- Utilisation, pour le procédé objet de la revendication 1, d'un support commun aux electrodes catalytiques, a l'enceinte de phase a peur et a l'enceinte de phase liquide, facilitant ainsi l'aces aux filtres catalyseurs et les éventuelles interventions au niveau des électrodes et des deux enceintes.