Brevet FR2381549A1 — publié le 19780922

L'invention concerne des dispositifs destinés å la régulation automatique du traitement électrochimique des fluides électro- lytiques par électrodialyse mettant en oeuvre des membranes jono-sélectives, et, plus précisément, un dispositif destiné la régulation de la démi néralisation des fluides électrolytiques dans un électrodialyseur b équicourant. Le dispositif suivant l'invention peut être employé dans des électrodialyseurs a équicourant pour la déminéralisation des fluides électrolytiques (la déminéralisation des eaux saumâtres naturelles, la purification des eaux résiduaires et des eaux recyclées des circuits technologiques, la purification des préparations médicinales et des produit alimsntaires, etc.) ayant une concentration initiale constante, notan-ent pour la déminéralisation des eaux saumitres naturelles extraites des puits artésiens. On réalise la déminéralisation des fluides électrolytiques dans des électrodialyseurs en faisant passer un courant électrique continu entre des électrodes à travers des compartiments de dilution et des compartiments de concentration alternés, séparés par des meibranos iono-sélectives. La densité de courant électrique passant dans un appareil électrodialyseur qui est nécessaire b la déminéralisation du fluide jusqu'a la valeur requise est déterminée par le débit de l'appareil, c'est-a-dire par le débit du diluat (ou produit de dilution) et par la concentration initiale du fluide traité.Cette densité de courant électrique doit rester constante en cas de variations de la tension du secteur d'alimentation, de variations de la température du fluide a traiter et de la résistance ohmique interne de l'électrodialyseur. Par ailleurs, la valeur de la densité du courant électrique est limitée par la valeur critique sous laquelle commence la polarisation de concentration b la surface des membranes iono-sélectives, cette polarisation entraînant une baise de la valeur du rendement en courant et une augmentation de la conaoneaatioo d'énergie et contribuant a une précipitation accélérée de dépotes a la surface des membranes Etant donné l'inertie de l'électrodialyseur a équicourant qui est due en particulier la grande étendue des voies de dilution et de concentration, les dispositifs qui existent actuel lemeat pour la régulation du processus de déninéralisation ne permettent de maintenir la concentration du diluat qu'a une précision réduite et compromettent la fiabilité de fonctionnement de l'électrodialyseur en cas de variations des paramètres susdits. Le problème qui se pose est donc de supprimer l'influence des variations de tension du secteur d'alimentation, des variations de température du fluide à traiter ou des variations de la résistance ohmique interne de ltélectrodialyseur sur le processus de déminéralisation et, par conséquent, sur la concentration du diluat obtenu. Il s'agit également d'améliorer la précision de la commande du processus transitoire de mise en régime de travail de l'électrodialyseur au début de son fonctionnement ou après une inversion de la polarité ayant entraîné une permutation des voies de dilution et de concentration. La technique antérieure dispose déjà d'un dispositif de régulation du processus de déminéralisation d'un fluide électrolytique dans un électrodialyseur, qui comporte une source d'alimentation réglable réalisée sous la forme d'un transformateur ayant plusieurs sorties d'enroulement secondaire; d'un redresseur et d'un commutateur à positions multiples connectant en série le redresseur l'une des sorties intermédiaires de l'enroulement secondaires du transformateur Pareille conception du dispositif exige une surveillance permanente, étant donné la nécessité d'un ré#lage manuel de la densité du courant dans l'électrodialyseur en cas de variations des paramètres susdits. La précision du maintien de la concentration du diluat est assez basse, et il peut y avoir des cas d'apparition d'une concentration de polarisation risquant de compromettre le processus de déminéralisation. On connais d'autre part un dispositif destiné b la régulation du processus de déminéralisation d'un fluide Blectrolytique, qui comporte une source d'alimentation réglable réalisée sous la torve d'un transformateur réglage continu de la tension prélevée sur son enroulement secondaire, branche, par l'#ntermédiaire d'un redresseur sur les électrodes de l'électrodialyseur. Le dispositif susdit manque également de fiabilité; il ne permet pas de maintenir avec précision la concentration du diluat et exige d'être surveillé constamment, étant donné les réglages manuels nécessaires de 18 densité du courant dans l1électrodialyieur. On connaît un dispositif destiné a la régulation automatique du processus de déminéralisation d'un fluide électrolytique dans un électrodialyseur équicourant, qui comporte un circuit de commande de la source d'alimentation réglable branché sa sortie sur les électrodes de l'électrodialyseur équicourant. Dans ce dispositif, un capteur conduetimétrique installé dans la conduite de diluat en aval de l'électrodialyseur est branché, par l'intermédiaire d'une bobine de choc å noyau de fer saturé, sur l'électrode de commande d'un thyristor de puissance dont l'entrée est électriquement connectée au transformateur et dont la sortie est raccordée aux électrodes de l'électrodialyseur. La bobine de choc noyau de fer saturé forme un signal qui règle, respectivement, la valeur de l'angle d'amorçage du thyristor de puissance et la valeur de la tension de courant continu appliquée aux électrodes de l'électrodialyseur. Lors de variations de la concentration du diluat dues aux variations de la tension du secteur d'alimentation, aux variations de la température du fluide traiter, aux variations du débit du diluat ou aux variations de la résistance ohmique interne de I'électrodialyseur, le signal émis par le capteur conductimétrique varie également et provoque une variation de la valeur du signal arrivant de la bobine de choc å noyau de fer saturé une électrode de couisande du thyristor de puissance Ceci entrain une variation de l'angle d'amorçage du thyristor de puissance et donne une valeur nouvelle å la tension du courant continu appliqué aux électrodes de l'électrodialyseur. Il s'ensuit un rétablissement de la valeur de la concentration du diluat dans les limites imposées. Etant donné l'inertie de ltelectrodialyseur équi- courant et donc . la lenteur des variations de la concentration du diluat å la sortie de l'électrodialyseur lors des perturbations apportées et de l'action régulatrice > il est possible que la concentration du diluat s'écarte des valeurs imposées. Dans certains cas, pour la raison indiquée ci-dessus > il peut y avoir un accroissement de la densité du courant dans l'électrodialyseur jusqu'a une valeur critique provoquant une polarisation de concentration. En outre,la précision de fonctionnement du dispositif est influencée par 11 erreur propre aux capteurs conduite métriques due aux variations de la température du milieu a mesurer Il n'est avantageux d'utiliser un dispositif de ce genre que dans la démi- néralisation des fluides dont la concentration initiale varie au cours de l'exploitation.Il faut noter également que la mise en oeuvre d'un tel dispositif exige l'emploi d'un accessoire complémentaire, manuel ou automatique, destiné limiter, respectivement, la tension appliquée aux électrodes de I'électrodialyseur et la densité de courant dans ledit électrodialyseur au début de son fonctionnement ou après une inversion de la polarité qui entraine la permutation des voies de dilution et de concentration.Dans ce cas, la voie de dilution de l'électro- dialyseur et le capteur conductimétrique sont parcourus par un fluide dont la concentration est égaie à la concentration initiale ou par un concentré qui subit une déminéralisation graduelle Au cours de cette période, sur signal du capteur conductimétrique, la tension appliquée aux électrodes et la densité du courant dans l'électrodialyseur peuvent attendre des valeurs excessives inadmissibles. Compte tenu de l'inertie de ltélectro- dialyseur, il peut y avoir un processus oscillatoire prolongé de régulation de la concentration du diluat, pendant lequel la concentration du diluat peut baisser sensiblement au-dessous de la valeur imposée, alors que la valeur de la densité du courant dans l'électrodialyseur peut atteindre des valeurs critiques. Un tel caractère du passage de l'électrodialyseur en régime de travail conduit également la polarisation de concentration. On s'est donc proposé de créer un dispositif destiné la régulation automatique du processus de déminéralisation des fluides électrolytiques dans un électrodialyseur a équicourant, qui permette d'améliorer la précision de la régulation du processus de déminéralisation en service, ainsi que la précision de la commande du passage de ltélectro- dialyseur en régime de travail lors de sa mise en marche ou bien après une inversion de polarité qui entraîne la permutation des voies de dilution et de concentration, ces améliorations sont obtenues par installation d'un capteur d'intensité du courant, d'un capteur de débit de diluat et d'un bloc de régulation de l'intensité de courant branché sur la source de courant d'alimentation réglable. On résout le problème ainsi posé de la manière suivante dans un dispositif destiné A la régulation automatique du processus de déminéralisation d'un fluide électrolytique dans un électrodialyseur à équi. courant comportant un circuit de commande de la source d'alimentation réglable dont la sortie est branchée sur les électrodes dudit électrodialyseur équicourant, on a prévu, suivant l'invention : un capteur d'inten- situé de courant électrique branché sur la source réglable d'alimentation, un capteur du débit de diluat placé dans la conduite d'arrivée ou de départ du fluide b déminéraliser, et un bloc de régulation de l'intensité du cou rant dont les entrées sont électriquement reliées aux sorties du capteur d'intensité de courant et du capteur de débit de diluat, ces capteurs étant branchés en opposition dans son circuit de mesure, et dont la sortie est branchée sur le circuit de commande de la source d'alimentation réglable. Le dispositif destiné la régulation automatique de la déminéralisation des fluides électrolytiques dans un électrodialyseur équicourant permet d'obtenir, pour une concentration initiale constante du fluide électrolytique, une haute précision de maintien de la concentration du diluat aussi bien en régime de marche établi qu'en cas de variations de la tension du secteur d'alimentation, de la température du fluide b traiter, du débit du diluat et de la résistance ohmique interne de l'électrodialyseur. Le dispositif permet d'obtenir également une haute précision de mise en régime de travail de l'électrodialyseur lors de son démarrage ainsi qu'après l'inversion de la polarité, et prévirent dans ce cas l'augmentation de la densité de courant jusqu'à la valeur critique tans l'électrodialyseur D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris A la lecture de la description d'un exemple concret de réalisation illustré par les dessins annexés, dans lesquels - la figure I représente un schéma fonctionnel du dispositif suivant l'invention; - la figure 2 représente une version d'exécution du schéma électrique de principe du dispositif suivant l'invention. Suivant l'invention, le dispositif 1 (figure l) de régulation automatique du processus de déminéralisation d'un fluide électrolytique dans un électrodialyseur A équicourant 2 comporte un circuit 3 de commande d'une source d'alimentation réglable 4. La sortie 5 de la source d'alimentation réglable 4 est branchée sur les électrodes 6 de l'électrodialyseur 2. Le dispositif l comporte également un capteur d'in tensité de courant 7 branché, dans l'exemple décrit, sur la source d'alimentation réglable 4, côté courant continu. Dans la conduite 8 d'évacuation du diluat, est sonté un capteur 9 de débit du diluat. Selon un anode de réalisation éga- lement possible, le capteur 9 de débit du diluat est monté dans la conduite 10 d'arrivée du fluide å déminéraliser aux compartiments de dilution 11 de l'électrodialyseur 2. Le dispositif 1 comporte également un bloc de régulation de l'intensité de courant 12 dont une première entrée 13 est branchée sur la sortie du capteur d'intensité de courant 7 et dont une deuxième entrée 14 est connectée à la sortie du capteur de débit de diluat 9, les deux capteurs 7 et 9 étant branchés en opposition dans le circuit de mesure du bloc de régulation 12. La sortie 15 du bloc de régulation 12 est raccordée l'entrée 16 du circuit de commande 3 de la source d'alimentation réglable 4. L'électrodialyseur équicourant 2 comporte des cor partiments b électrodes 17 ainsi que des compartiments de dilution 11 et des compartiments de concentratiôn 19 alternants, séparés par des membranes iono-sélectives 18. Aux entrées desdits compartiments 11, 17 et 19, est branchée une conduite 20 du fluide à traiter et, aux sorties des compartiments de concentration 19 et des compartiments a électrodes 17, est branchée une conduite 21 d'évacuation du concentré et du fluide de lavage, alors qu'à la sortie des compartiments de dilution 11 est branchée la conduite 8. La source d'alimentation réglable 4 (figure 2) est constituée par un transformateur d'alimentation 22 et un redresseur A thyristor de puissance 23 branchés en série sur les électrodes 6 de l'électrodialyseur à équicourant 2. Le circuit de commande 3 de la source d'alimentation réglable 4 comporte également un générateur de tension en dents de scie 24 comportant un transistor 25, des condensateurs 26 et 27, des résistances 28, 29 et 30 et un pont redresseur 31, un circuit compta rateur A transistor 32 et un conformateur d'impulsions 33 comprenant une résistance 34, des diodes 35, 36 et 37, un thyristor 38, un transformateur d'impulsions 39 et un condensateur 40, tous. ces composants étant reliés entre eux et branchés conformément A la figure 2. Te bloc de régulation 12 de l'intensité de courant est réalisé sous forme d'un amplificateur 41 sensible A la phase ayant un circuit de mesure dont les entrées 13 et 14 sont branchées en opposition respectivement au capteur 7 d'intensité de courant et au capteur 9 de débit de diluat. La sortie de l'amplificateur 41 sensible A la phase qui est la sortie 15 du bloc de régulation 12 de l'intensité du courant est connectée A un circuit comparateur du circuit de commande 3. Le capteur d'intensité de courant 7 est réalisé sous forme d'un transformateur de courant 42 et d'une résistance 43, ainsi que d'un pont redresseur 44 et d'un condensateur 45 branchés sur l'enroule ent secondaire du transformateur. L'alimentation du générateur de tension en dents de scie 24 et du conforsateur d'impulsions 33 est réalisée par une tension alternative synchronisée par l'intermédiaire des enroulements secondaires auxi- liaires 46 et 47 du transformateur 22, et par une tension continue partir d'un enroulement auxiliaire 48 du transformateur 22 par l'inter médiaire du pont redresseur 31 et du condensateur 27. Le dispositif objet de l'invention fonctionne c, suit. Le circuit de mesure du bloc 12 de régulation de l'intensité de courant associé au capteur 7 d'intensité du courant et au capteur 9 de débit de diluat est équilibré pour les valeurs de l'interne sité de courant qui permettent d'obtenir le taux requis de déminéralisation du fluide électrolytique traité, lesdites intensités de courant correspondant au débit du dilua t d chaque instant donné. Dans l'électrodialyseur a équicofltant 2, une partie du fluide traiter est admise par la conduite 20 pour lavage dans les compartimenta électrodes 17 et les compartiments de concentration 19, après quoi elle est évacuée par la conduite 21.Une autre partie de fluide est admise par la conduite 10 dans les compartiments de dilution 11 où, après avoir subi le traitement électrochimique, ladite partie est déminéralisée jusqu'a un degré prédéterminé et est envoyée aux consommateurs par la conduite 8. Lorsque le débit du diluat varie, le capteur 9 de débit modifie le signal envoyé dans le circuit de mesure du bloc 12 de régulation de l'intensité de courant. Il s'ensuit un déséquilibre dans le circuit de mesure qui modifie la valeur de la tension du signal de sortie de l'amplificateur 41 sensible la phase envoyée dans le circuit coiparateur du circuit de commande. 3.Dans le circuit de contrôle 3, le transistor 25 est commande par le circuit "6metteur-base" au moyen d'une tension alternative synchronisée. Pendant les alternances positives, il se forme sur le condensateur 26 une tension en dents de scie qui est couarée par la jonction émettrice du transistor 32 å la valeur de tension arrivant du bloc de régulation de l'intensité du courant 12. Lorsque ces deux tensions viennent égalité, le transistor 32 se débloque et le condensateur 40 se décharge par le circuit : éaetteur-collecteur du transistor 32, résistance 34, diode 35, électrode de commande du thyristor 38. Le thyristor 38 se débloque et une décharge définitive du condensateur 40 intervient par le transformateur d'impulsions 39 en formant dans ce cas dans le secondaire du transformateur d'impulsions 39 une impulsion de commande Cette impulsion de commande arrive par la diode 36 a l'6lectro- de de commande du thyristor de puissance 23 qui est connectéeaux électrodes 6 de l'électrodialyseur 2. Lorsque le débit du diluat varie, la tension constituant le signal, venant du bloc de régulation de l'intensité du courant qui circule dans le circuit comparateur du circuit de commande 3, varie elle aussi, et les impulsions de commande du thyristor 23 sont décalées. Dans ce cas, l'angle d'amorçage du thyristor 23 change et, en conséquence, la valeur de la tension continue de sortie pour laquelle vient se fixer une nouvelle valeur de l'intensité de courant est modifiée en rapport. La nouvelle valeur de l'intensité du courant mesurée par le capteur 7 d'intensité de courant ramène a l'équilibre le circuit de mesure du bloc de régulation 12 de l'intensité de courant. La nouvelle valeur de l'intensité de courant et, respectivement, de la densité de courant dans l'électrodialyseur 2 produit le taux de déminéralisation requis du fluide pour un débit nouveau du diluat Par ailleurs, le dispositif maintiens la relation imposée entre l'intensité du courant et le débit du diluat en cas de variations de la tension du secteur d'alimentation, ainsi qu'en cas de variations de la température du fluide b traiter et de la résistance ohmique interne de l'électrodialyseur 2 en prévenant leurs effets sur le taux de déminéralisation du fluide traité. Ces perturbations entraient des variations de l'intensité de courant. Dans ce cas, le capteur 7 d'intensité de courant modifie la valeur du signal et, du fait du déséquilibre du circuit de mesure du bloc 12 de régulation de-l'intensite du courant, un signal est envoyé par l'amplificateur 41 sensible à la phase dans le circuit comparateur du circuit de commande 3, ledit signal faisant varier la tension de sortie de la source d'alimentation 4 jusqu'a une valeur pour laquelle la valeur primitive de l'intensité de courant est remise en conformité avec le débit imposé du produit de dilution. Sur signal du capteur 7 d'intensif de courant, l1équilibre du circuit de mesure du bloe 12 de régulation d'intensité de courant est rétabli. Pendant la mise en régime de travail de l'électro- dialyseur, lorsque les compartiments de dilution 11 sont remplis de fluide traiter, b la concentration initiale, ctest- -dire lorsqu'on fait démarrer l1électrodialyseur, ou lorsque les compartiments de dilution 11 sont remplis de concentré après inversion de polarité, on constate que la résistance électrique de ltelectrodialyseur est basse.Au fur et mesure que le produit de dilution est déminéralisé, la résistance électrique de 1'électrodialyseur 2 augmente graduellement, nais le dispositif 1 de l'invention maintient la valeur de l'intensité du courant une valeur constante et, de ce fait, maintient constante la densité de courant dans l'électrodialyseur 2 en rapport avec le débit de diluat dans la période considérée. Au fur et a mesure que le diluat est adouci (demindralise), le dispositif 1 élavé automatiquement la tension appliquée aux électrodes 6 de l'électrodialyseur 2 jusqu'8 la fin de sa mise en régime de travail. Ainsi, la concentration du diluat tombe graduellement jusqu'a la valeur imposée qui est définie par la valeur de l'intensité du courant sans changements du réglage, ni augmentation de la densité du courant jusqu'a des valeurs critiques. in cas d'exploitation de l'electrodialyseur 2 dans les conditions d'un débit constant du diluat, le capteur 9 de débit de diluat peut être remplacé par un sélecteur manuel dont le signal å l'entrée du circuit de mesure du bloc de régulation 12 dtintensité du courant corres- pond au débit considéré de diluat. Le dispositif de régulation automatique de la débit néralisation d'un fluide électrolytique dans un électrodialyseur équi courant permet d'obtenir, pour une concentration initiale constante du fluide électrolytique, une haute précision de maintien de la concentration du diluat, aussi bien lorsque le régime de travail est établi qu'en cas de variations de la tension du secteur d'alimentation, de la température du fluide b traiter, du débit du diluat et de la résistance ohmique interne de 1'électrodialyseur. Le dispositif permet d'obtenir également une haute précision de mise en régime de travail de l'électrodialyseur lors de son démarrage et après inversion de la polarité; il prévirent, dans ce cas, une élévation de la densité de courant électrique dans l'électrodialyseur jusqu'à une valeur critique. L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites et lthowme de l'art pourra y apporter diverses modificationsa sans pour autant sortir de son cadre. R E V E N D I C A T I O N Dispositif assurant la régulation automatique de la déminéralisation des fluides électrolytiques dans un électrodialyseur a équicourant, comportant un circuit de commande d'une source d'alimentation réglable dont la sortie est branchée aux électrodes de ltelectrodialyseur à équicourant, caractérisé en ce que ledit dispositif comporte un capteur d'intensité de courant électrique branché sur la source d'alimentation réglable, un capteur de débit de diluat monté dans la conduite d'arrivée ou de départ du fluide b déminéraliser, et un-bloc de régulation de l'intensité de courant électrique dont les entrées sont électriquement reliées aux sorties du capteur d'intensité de courant électrique et du capteur de débit de diluat, les capteurs étant branchés en opposition dans son circuit de mesure, et dont-la sortie est branchée sur le circuit de commande de la source d'alimentation réglable.