Brevet FR2373207A1 — publié le 19780630

La présente invention concerne des appareils à bouil lir des liquides. Plus précisément, l'invention concerne des appareils pour bouillir des liquides, par exemple des appareils qui peuvent être utilisés pour produire des boissons potables ou pour produire de l'eau bouillante. Des appareils à bouillir dans lesquels de l'eau ou tout autre liquide conducteur est chauffé par le passage d'un courant électrique entre des électrodes immergées dans le liquide sont fréquemment connus sous le nom d'appareils à bouillir à électrodes. La quantité de chaleur produite dépend en partie de la conductivité du liquide. La résistivité de l'eau naturelle potable peut varier entre 500 ohm. cl là 50 000 ohm.cm 1 en fonction de la quantité de sels minéraux dissous qui sont en présence. De l'eau saline peut avoir des résistivités même inférieures à 500 ohm.cm . I1 est bien connu qu'une partie de la matière minérale dissoute dans l'eau potable consiste en bicarbonates de calcium et de magnésium solubles et que ceux-ci sont transformés en carbonates insolubles lorsqu'on chauffe ou fait bouillir l'eau. Dans la plupart des chauffe-eau, ceci est apparent sous forme de dépôts de tartre. Des dits d'un tel tartre peuvent se former sur les surfaces conductrices des électrodes et réduire ainsi considérablement leur capité de transport du courant électrique. Une tentative pour éliminer ce dépôt consistait -a appliquer par intermittence des jets d'eau à pression élevée. Néanmoins, ceci n'a eu qu'un succès partiel. La variabilité de la conductivité de l'eau (comme il est expliqué ci-dessus ) a laquelle on doit s'accommoder signifie que la densité de courant transportée à au moins une -partie des électrodes doit varier d'un facteur 100 et constituera Mnormalement un problème de corrosion pour des densités de courants supérieures. Des procédés précédemment proposés pour résoudre ce problème consistaient à faire varier mécaniquement l'écartement entre les électrodes et à faire varier le degré d'opposition d'une pare d'électrodes. Dans ces cas, la realisation de systèmes de commande mécanique et l'utilisation de conducteurs de courant flexibles pour les électrodes ont été dans les deux cas difficiles -à réaliser. Selon un premier aspect de l'invention, un appareil à bouillir à électrodes comprend une chambre comportant une entrée et une sortie pour l'entrée d'un liquide non chauffé et pour la sortie d'un liquide chaud respectivement, un certain nombre d'électrodes dans cette chambre, chaque paire d'électrodes adjacentes étant raccordée à trois phases différentes d'une source d'énergie électrique, et un moyen pour essuyer la surface de travail de chaque électrode. Selon un mode de réalisation de ce premier aspect de l'invention, la chambre est cylindrique. nabituellement, les électrodes sont montés de façon à être parallèles et également écartées l'une de l'autre. Le moyen pour essuyer les électrodes dans le cas d'une chambre cylindrique, comportait un ou plusieurs bras de nettoyage montés sur une colonne rotative disposée centralement dans la chambre. Selon un deuxième aspect de l'invention, un circuit électrique pour commander l'appareil à bouillir à électrodes comprend une source d'énergie triphasée, un circuit de multiplication analogue , un amplificateur différentiel de sortie et, dans chaque phase, un thyristor bi-directionnel, un transformateur d'impulsions, un generateur d'impulsions de commande de phases a retard variable et un transformatRur de courant. Le thyristor bi-directionnel a pour rôle de commander la proportion d'onde sinusoidale qui est transmise à la charge. Le thyristor bi-directionnel est commandé par une impulsion qui provient du générateur d'impulsions à retard variable en passant par un transformateur d'impulsions. Un transformateur de courant dans chaque phase crée un tension qui est proportionnelle à la charge du courant. A la fois celle-ci et la tension à la charge sont redressées et les valeurs du courant continu de ces deux paramètres sont multipliées dans un multiplicateur analogue. Le produit est kVI. Ce produit est transformé en un courant et égalisé à un courant ajusté à un point de masse virtuel d'un amplifica- teur opérationnel d'addition. A l'équiibre, kVI = courant ajusté La température de l'eau est proportionnelle à l'énergie par unité de débit: température de l'eau VIs = VIs2 m /s m où V et I sont des valeurs moyennes quadratiques . Donc, si le débit d'eau est constant, VI doit être constant. Le tWristore bidirectionnel raccordé en série avec chaque phase fonctionne comme un système de commande de phases. Cela signifie qu'ne valeur zéro de la tension est détectée et le thyristor/ bi-directionnel est mis en circuit à un certain angle de phase 1 . Donc, si I = O on a une puissance de 1008 et à I = 1800, on a une puissance zéro. L'angle de phase de conduction de la charge et donc le retard des générateurs d'impulsions est calculé en mesurant la charge VA. Ceci est réalisé comme décrit ci-dessus avec les ;transformateuo de courant dans chaque phase qui créent une tension proportionneIe à la charge du courant. Selon un troisième aspect de l'invention, un procédés I de production d'eau chaude à une température souhaitée comprend le passage de l'veau en un débit constant à travers un chauffe-eau à électrodes a courant triphasé selon le premier aspect de l'in- vention commandé par un circuit selon un second aspect de l'in vention. I De préférence, les électrodes - sont préparées à paye partir 1d'un alliage de titane et au moins un métal du groupe platine. De telles électrodes sont connues. Des exemples des alliages préférés pour réaliser ces électrodes sont les alliages 6% Pd/Ti et 6% Pt/Ti (pourcentage pondéral). Pour que l'invention puisse être mieux comprise, référence sera maintenant faite aux figures suivantes où: la figure 1 représente une coupe d'un chauffe-eau et la figure 2 est un circuit de commande. t Dans la figure 1, une paroi 1 de chauffe-eau à électro 1des est relativement épaisse et est réalisée en une matière pla stique isolante telle que l'oxyde de polypropylène. Une chambre cylindrique interne 2 comporte une entrée de liquide 3 et une sortie 4. Disposées dans le chauffe-eau se trouvant un certain \\nombre d'électrodes plats parallèles 'également écartées lés unes des autres, représentées par le numéro de référence 9, et une colonne centrale rotative comporte une série d'éléments pour iessuyer les électrodes dont seulement les éléments 7 et 11 sont représentés dans la totalité de leur longueur. Les dix autres éléments d'essuyage, qui ne doivent pas nécessairement se projeter depuis la colonne 8 centrale-rotative selon le meme angle que les éléments 7 et 11 , ne sont pas représentés entièrement pour mieux pouvoir comprendre les dessins.Dans le chauffe-eau repré senté, les électrodes sont divisées en trois séries et chaque série, par exemple la série 5, est raccordée à une phase séparée CL une source d'énergie par l'intermédiaire d'un terminal, par exemple le terminal 6, sortant de la paroi 1 comme il est montré dans la figure. Dans le cas d'une source d'énergie triphasée, les terminaux seront séparés l'un de l'autre de 1200 autour du sommet de la paroi du chauffe-eau. Les faces opposées des électro- des adjacentes, c'est-à-dire les électrodes 9, sont toujours raccordées à des phases différentes de la source d'énergie. La colonne rotative centrale 8 peut également servir d'interrupteur étant donné que ceci garantira que les électrodes sont toueurs essuyées au moins une fois lorsqu' on allume le chauffe-eau et lorsqu'on l'éteint.Selon un autre mode de réalisation, un mceur électrique peut continuellement faire tourner la colonne centrale 8' alors que le chauffe-eau est éteint et ceci garantit que les électrodes sont continuellement essuyées. Un certain nombre de modèles différents pour essuyer les électrodes peuvent être utilisés.Un modèle comporte une tige rigide à laquelle sont fixes des balais flexibles servant à essuyer les électrodes, sÙti1aires à ceux utilisés pour les essuie-glaces des automobiles. Selon une autre possibilité un seul balai- peut être fabriqué en un polymere possédant un vibord flexible. Un bord flexible au dispositif d'essuyage posse- dde l'avantage qu'il tient- compte de l'usure et peut être rempla- cé lorsque c'est nécessaire. Le circuit de commande du chauffe-eau est un système de commande à boucle fermée pour régler la température de l'eau à la sortie du chauffe-eau. Le circuit mesure la puissance et commande la tension d'entrée moyenne. En se référant à la figure 2, le circuit fonctionnel sur les trois phases d'une source d'énergie triphasée à quatre fils trois canaux similaires ?tant utilisés, un pour chaque phase, notamment CH1, CH2, et CH3. I Chaque canal comprend un thyristor bidirectionnel qui est raccordé pour interrompre le courant entre une phase cie la source d'énergie et le chauffe-eau. La conduction du thyristor bi-directionnel TR1 est commandée par des impulsions de commande de phases amenées à sa porte.Un transformateur T1 raccordé à une phase de la source d'énergieer- un redresseur en pont Dl à D4 fournissent la tension directe nécessaire pour la génération des impulsions de commande IC1 est un générateur d'impulsions de commande de phase du type SL 440 et produit des impulsions de commande synchronisées aux impulsions au passage par 0 fournis par Q1 de la forme d'onde obtenue par redressement biphasée apparaissant à la sortie du redresseur en pont D1 à D4. Q2 sert à empêcher la formation d'impulsions de commandes lorsque le conducteur de blocage est à une valeur trop élevée, coupant ainsi la fourniture d'énergie au chauffe-eau. Des impulsions de commande provenant de la sortie de IC1 (borne 1) sont amenées à la porte dutWristor bidirectionnel par l'intermediai- re d'un transformateur d'impulsions T3.La période de conduction du TR1 pour chaque demi-cycle de la forme d'onde fournie est commandée par réglage de la phase des impulsions de commande par rapport à la forme d'onde de référence. ICl possède un ampliìcateur d'asservissement dont la borne 12 est la jonction est d'additon. Le courant de masse de cet amplificateur B/donné par Vref + Vfbk où Vref est la tension de référence et R8+RV1 + R10 Vfbk est la tension de réaction. L'équilibre est atteint lorsque le courant est zéro c'est-à-dire lorsque Vfbk = -VrefR10 . R8+RV1 R7 et C4 forment un filtre de Bode qui opère pour limiter la pente de l'ampliìcation de la boucle à moins de 12 dB/octaVe pour la stabilité de ICl. IC1 est un multiplicateur analogue qui est arrangé pour multiplier les signaux représentant (a) la tension de sortie moyenne V0 (fournie à la borne 4 de IC2 via T4 et D7, le premier étant transformé entre deux phases de la sortie et (b) le courant de sortie moyen 10 (fourni à la borne 9 de 1C2 via T2 et D6). Donc, le courant de réaction Vfbk qui est amené à chaque canal après amplification par un amplificateur différentiel IC3 est proportionnel à Voix. Les impulsions de haute fréquence produitespar la première commutation (dv) de TR1 sont amortie par un filtre comprenant l'inductance primaire de T2 et la capacité entre chaque phase et le point neutre. Les conducteurs vers le chauffe eau à partir des thyristors doivent être blindés pour empêcher un rayonnement des impulsions de fréquence élevée. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art à l'appareil qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. Revendications: 1. Appareil à bouillir un liquides électrodes,caractéri- sé en ce qu'il comprend une chambre comportant une entrée et une sortie pour l'entrée d'un liquide non chauffé etIa sortie d'un liquide chauffé respectivement, un certain nombre d'électrodes dans cette chambre, chaque paire d'électrodes adjacentes étant raccordée à trois phases différentes d'une source de courant électrique et un moyen pour essuyer la surface de traval de chaque électrode. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les électrodes sont montées en parallèle et également écartées les unes des autres. 3. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 , caractérisé en ce que la chambre est cylindrique et en ce que le moyen pour essuyer les surfaces de travail de chaque électrode comprend un balai monté sur un élément rotatif disposé coaxialement dans la chambre cylindrique. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit électrique pour commander la fourniture d'énergie aux électrodes, le circuit comportant une source d'énergie triphasée, un multSXcateur analogue , un amplificateur differentiel de sortie et,dans chaque phase, un thyristor bi-directionnel, un transformateur d'impulsioni un générateur de commande de phase & retard variable' et un transformateur de courant. 5. Appareil selon la revendication 4caractériS en ce que le thyristor bi-directionnel est déclenché par une impulsion reçue du générateur d'impulsion à retard variable à l'intermédiaie d'un tranformateur d'impulsion. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé ce que le transformateur de courant dans chaque phase produit une tension proportionnele à la charge du courant et en ce que cette tension et la tension à la charge sont redressées et que les valeurs du courant continu-sontmultipliEes dans le multiplica- teur analogue. 7. Procédé pour chauffer des liquides, caractérisé en ce qu'on fait passer ce liquide en un débit constant à travers l'appareil triphasé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.