Brevet FR2498305A1 — publié le 19820723

Chaudière électrique combinée L'invention se rapporte à une chaudière électrique combinée. On constate, par suite de l'évolution technologique et économique, que l'utilisation de l'énergie électrique en vue de chauffage ou de production de vapeur, en lieu et place des combustibles traditionnels, se justifie plus souvent que précédemment. D'autre part, si le prix des combustibles tradition- nels est fixe quel que soit le moment de son utilisation, le prix du courant électrique varie souvent suivant l'heure d'utilisation. Suivant l'heure, un combustible peut être plus avanta- geux que l'autre et inversement. Le but de l'invention est de pouvoir utiliser indiffé- remment l'une ou l'autre source d'énergie sur des chaudiè- res existantes. Le problème ainsi posé est résolu suivant l'inven- tion par l'ajout, à une chaudière existante, à fluide caloporteur quelconque, d'un groupe autonome générateur d'énergie thermique à partir d'énergie électrique. Les éléments chauffants électriques peuvent, par simple inversion d'un organe de commande, être mis en service à la place des brûleurs existants, et inversement. L'invention fait usage d'une chaudière électrique à électrodes, connue en soi, dont les caractéristiques particulières évitent les inconvénients majeurs des chau- dières à électrodes habituelles, à savoir les variations de conductivité de l'eau, l'encrassement des électrodes et le coût de la régulation de puissance par transistors ou autres. En effet, selon l'invention, les électrodes sont incluses dans un circuit fermé dont l'eau n'est pas renouvelée et la régulation se fait par variation de la surface d'électrodes noyées. Le grand intérêt de l'invention est qu'elle utilise une chaudière existante avec tout son équipement, et qu'elle s'applique à tout type de chaudière, quel que soit le fluide caloporteur utilisé. L'invention sera décrite ci-après sur plusieurs exemples de formes de réalisation, en s'aidant des dessins ci-annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe transversale d'une chaudière à vapeur et d'un groupe autonome générateur d'énergie thermique; - la figure 2 est une vue en élévation latérale de l'ensemble de la figure 1, avec coupe longitudinale du groupé autonome; - la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 1, comportant une chaudière principale de type différent; - la figure 4 est une coupe transversale analogue à celle de la figure 1, d'une installation comportant une pompe de circulation; - la figure 5 est une vue en coupe d'une installation comportant une chaudière principale à circulation forcée; et - la figure 6 est une application de l'invention à un générateur d'air chaud. Sur la figure 1, on a représenté par 3 une chaudière à vapeur classique à laquelle l'énergie thermique est apportée normalement par un brûleur 4 à combustible liqui- de. Cette chaudière est complétée, suivant l'invention, par un groupe autonome générateur d'énergie thermique à partir d'énergie électrique. Ce groupe comprend un géné- rateur de vapeur 2 dont les électrodes sont désignées par 1, et un échangeur de chaleur 5, montés en circuit fermé. L'échangeur de chaleur 5 comporte un premier circuit (10, 11) se fermant sur le générateur à électrodes 2, et un second circuit.(6,8,9) en relation d'échange de chaleur avec le premier circuit et qui se ferme sur la chaudière principale 3, le tube 9 étant relié au ballon de la chau- dière, et le tube 8 à un point inférieur de celle-ci. Le générateur de vapeur 2 est constitué d'une enveloppe de la partie supérieure de laquelle part le tube 10 et dans la partie inférieure de laquelle pénètre le tube 11, ces tubes 10 et Il étant reliés d'autre part à l'enveloppe de l'échangeur 5. Les électrodes 1 appartiennent à un circuit de courant alternatif comportant trois phases et un neutre. L'enveloppe 2 est reliée à la terre, et une cage 14 perfo- rée, qui sépare les électrodes de la masse de l'enveloppe 2, fait office de point neutre. La cage 14 peut être re- liée aussi à une terre indépendante. On conçoit que l'on puisse assurer la protection électrique du système en plaçant un détecteur de courant de fuite entre les phases plus, le neutre et la terre. Quant au liquide qui baigne les électrodes, il est constitué en principe d'eau distil- lée industrielle à laquelle on a ajouté un additif conve- nable pour obtenir la conductivité nécessaire au passage du courant, compte tenu de la tension dont on dispose. L'échangeur de chaleur 5 comporte une enveloppe ter- minée par une tête 7 divisée par une cloison 7' en deux parties auxquelles se raccordent respectivement les tubes 9 et 8 qui relient le groupe autonome à la chaudière 3. Les deux parties de la tête 7 sont reliées aux extrémités respectives d'un faisceau de tubes 6 en épingle à cheveux. Ces tubes 6, la tête 7 et les tubes 8,9 constituent le second circuit de l'échangeur, tandis que les tubes 10,11 et les enveloppes de 2 et de 5 constituent le premier cir- cuit. Le premier circuit 10,11 de l'échangeur de chaleur 5 du groupe autonome 2,5 contient, sur 10, une vanne de mo- dulation 12 régulant la puissance du générateur 2 dudit groupe, et commandée par un facteur de fonctionnement (température ou pression) de la chaudière principale 3. La vanne de modulation 12 permet d'interrompre à volonté l'arrivée de vapeur dans l'échangeur 15. La modulation provoque une variation du niveau de l'eau noyant les électrodes et, par là même, la modulation du courant. Ce système évite l'usage de contacteurs ou de thyristors. On comprend immédiatement que le générateur de vapeur 2 fournit de l'énergie thermique à la chaudière 3 par l'intermédiaire de l'échangeur 5. On observe que la fermeture de la vanne 12 n'empêche pas la condensation dans l'enveloppe de l'échangeur; lorsqu'on ferme la vanne, il y a chute de pression, ce qui entraîne l'aspiration, dans l'enveloppe 5, de l'eau conte- nue dans le générateur de vapeur 2. Le niveau de l'eau baissant, les électrodes sont mises à sec et le passage du courant électrique est arrêté. Une action modulante de la vanne 12 entraîne une variation correspondante de la consommation d'électricité. L'eau contenue dans le circuit fermé du groupe auto- nome ne subit pas de modification de conductivité. Comme la conductivité baisse avec la température et que celle-ci est inévitablement plus basse lors de la mise en route qu'en service, et que, d'autre part, la régulation est modulante, la-puissance de démarrage est d'environ 25 % de la puissance maximale et aucune autre pointe de consom- mation n'est à craindre. La commutation électrique est limitée à un simple interrupteur, sans autre organe de régulation que, si on le désire, un démarrage progressif des 25 % représentant la charge de démarrage. Lors de l'utilisation de l'énergie électrique, seul le brûleur 4 de la chaudière 3 est mis hors service, tous les autres organes et accessoires de la chaudière conti- nuant à jouer leur rôle normal. Lors de l'utilisation de l'énergie du brûleur, on met la chaudière électrique. à l'arrêt. L'utilisation simultanée de deux énergies peut être envisagée. Elle sera naturellement limitée par les caractéristiques de la chaudière. Alors que les figures 1 et 2 montrent l'installation suivant l'invention appliquée à une chaudière classique à tubes de fumée, la figure 3 représente l'application de l'invention à une chaudière à tubes d'eau à un ballon. La description qui a été faite jusqu'à présent se rapporte à une chaudière à vapeur, mais on peut envisager l'application de l'invention à une chaudière à fluide caloporteur quelconque tel que huile, air, sel fondu, etc. Dans ce cas, les tubes 6 sont parcourus par le fluide à chauffer et la circulation est éventuellement assistée par une pompe 15 placée sur le tube 8 entre la chaudière et l'échangeur, comme le montre la figure 4. Dans ce cas également, la chaudière peut être du type à tubes de fluide à circulation forcée, comme le montre la figure 5 o des pompes de circulation sont désignées par 15 et 15'. La figure 6 montre l'application de l'invention à un générateur d'air chaud 16. Dans ce cas, une des solu- tions possibles est de condenser la vapeur produite dans l'enveloppe 2 au moyen d'un échangeur de chaleur 5' à tubes à ailettes 17 placés dans la sortie d'air du géné- rateur d'air chaud. La vapeur se condense alors dans les tubes et retourne par gravité dans l'enveloppe 2. REVENDICATIONS 1. Chaudière électrique combinée, caractérisée en ce qu'elle comporte, alimentant en chaleur une chau- dière principale (3) à fluide caloporteur quelconque, un groupe autonome (2,5) générateur d'énergie ther- mique à partir d'énergie électrique. 2. Chaudière électrique combinée suivant la re- vendication 1, caractérisée en ce que le groupe autonome générateur d'énergie thermique comprend un générateur de vapeur (2) à électrodes (1) et un échangeur de chaleur (5) montés en circuit fermé, l'échangeur de chaleur (5) comportant un premier circuit (10,11) qui se ferme sur le générateur à électrodes (2), et un second circuit (6,8, 9) en relation d'échange de chaleur avec le premier cir- cuit et qui se ferme sur la chaudière principale (3). 3. Chaudière électrique combinée suivant la reven- dication l ou 2, caractérisée en ce que le premier circuit (10,11) de l'échangeur de chaleur (5) du groupe autonome (2,5) contient une vanne modulatrice (12) régulant la puissance du générateur (2) dudit-groupe, commandée par un facteur de fonctionnement (température ou pression) de la chaudière principale (3). 4. Chaudière électrique combinée suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le générateur de vapeur (2) du groupe autonome (2,5) comporte des électrodes quiîsont noyées plus ou moins suivant le niveau du liquide à vaporiser, ce niveau va- riant suivant le degré d'ouverture de la vanne modula- trice (12). 5. Chaudière électrique combinée suivant l'une quelconque des renvendications 1 à 4, caractérisée en ce que le second circuit (6,8,9) de l'échangeur (5) du groupe autonome (2,5) contient une pompe (15). 6. Chaudière électrique combinée suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la chaudière principale est une chaudière à tubes de fluide à circulation forcée. 7. Chaudière électrique combinée suivant la reven- dication 1, dans laquelle la chaudière principale est un générateur d'air chaud comportant un échangeur de chaleur (5'), caractérisée en ce qu'elle comporte à sa sortie des tubes (17) insérés directement dans le premier circuit (10,11) du générateur.(2) du groupe autonome, le circuit d'air qui entoure les tubes (17) faisant office de second circuit de l'échangeur (5').