Brevet FR2604846A1 — publié le 19880408

GENERATEUR ELECTROTHERMIQUE A CONDUCTION DIRECTE DESCRIPTION La présente invention a pour objet un générateur electrothermique à conduction directe. On contact actuellement deux procédés utilisant L'énergie électrique pour chauffer un fluide. Selon un premier procédé, le fluide est chauffé de manière indirecte par une surface d'échange elle-meme chauffée électriquement et qui transmet L'énergie thermique au fluide à chauffer ou à vaporiser par conduction et par convection. Selon un autre procédé, le fluide est chauffé directement sans surface d'échange intermédiaire. Ce fluide, par exemple de l'eau, constitue une résistance électrique au travers de laquelle on fait circuler un courant qui échauffe le fluide directement par effet Joule. Toutefois, pour que le procédé de chauffage direct du fluide puisse être mis en oeuvre, il est nécessaire que certaines relations entre les dimensions géométriques du générateur électrothermique et la conductivité électrique du fluide à chauffer soient respectées. Ces relations conduisent souvent à des difficultés, parfois à des impossibilités. Par exemple, les chaudières à électrodes immergées répondant à ce procédé ne peuvent pas chauffer une eau dont la conductivité est supérieure à une valeur égale à environ 100 micro Siemens par centimètre (1 Siemens=1SL ). Un fluide tel que Le lait, présentant une conductivité élevée, conduit à donner au générateur électrothermique des dimensions importantes qui se répercutent sur le coût de L'appareil. La présente invention a precisément pour objet un générateur électrothermique qui permet de remédier à ces inconvénients. Dans ce but, le générateur électrothermique de L'invention à conduction directe comprend une cuve, un liquide à échauffer contenu dans ladite cuve, une électrode et une contreélectrode plongeant dans ledit liquide à échauffer, des moyens pour raccorder L'électrode et la contre-électrode à une source d'alimentation en courant électrique. Il est caractérisé en ce que des éléments très résistants électriquenent, réalisés au moins partiellement en un matériau isolant sont disposés dans ladite cuve entre l'étectrode et la contre-électrode. Grâce à la présence de ces éléments réalisés en un matériau isolant, La resistance électrique du milieu entre l'électrode et La contre-électrode est augmentée parce que la section de passage disponible pour la circulation de ce courant est diminuée. D'autre part, il est possible d'ajuster cette résistance électrique en faisant varier la quantité d'éléments isolants que l'on dispose entre L'électrode et la contreélectrode. Il va de soi que plus le volume des éléments isolants est important par rapport au volume du fluide, plus la résistance électrique offerte sera élevée, étant donné que la résistance électrique de ces éléments est supérieure à celle du fluide. On peut donner aux éléments des formes diverses par exemple la forme ' de tubes, de sphères, d'anneaux de Rashing, comme ceux utilisés dans les colonnes de distillation du pétrole. Ces éléments permettent également de stocker l'énergie thermicJe qui pourra être restituée ensuite au fluide à échauffer. Les éléments isolants peuvent être réalisés entièrement en un matériau isolant, (téflon, verre, porcelaine) ou bien etre constitués d'un matériau conducteur, tel que l'acier, incxydable recouvert d'un matériau isolant, par exemple le Téflon. Ces éléments présentent une plus grande dimension qui est de l'ordre de quelques millimètres à quelques centimètres. D'autres caractéristiques et avantages de L'invention apparattront à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre illustratif et nullement limitatif en référence aux figures annexées, sur lesquelles : - la figure 1 est une vue en coupe et en élévation d'un générateur électrothermique à conduction directe, réalisé conformément à L'invention ; - la figure 2 est une,vue en coupe selon la ligne 11-11 du générateur électrothermique représenté sur la figure 1. Le générateur électrothermique représente sur la figure 1 comprend une cuve externe 2 et une cuve interne 4 située à L'intérieur de la cuve externe 2. Dans L'exemple de réalisation décrit, la cuve externe 2 doit etre fermée étant donne que le générateur est adapté à La production de vapeur. Toutefois, dans Le cas d'un générateur destiné à seulement échauffer un liquide, la cuve externe pourrait être ouverte. Comme on le constate, la cuve interne 4 est si tuée sensiblement à mi-hauteur à l'intérieur de La cuve externe, de manière à délimiter au-dessous du fond 4a de la cuve interne un espace libre disponible pour recevoir une quantité de liquide à échauffer 6 introduite par une canalisation 7 d'alimentation sur laquelle est intercalée une vanne modulante 10. Dans l'exemple décrit, le liquide est constitué par de l'eau. Une canalisation 12 est raccordée au fond 2a de la cuve externe. La canalisation 12 aboutit à une pompe de circulation 14 entrafnée par exemple par un moteur électrique 16. A la sortie de la pompe 14, une canalisation 18 sur laquelle est intercalée une vanne modulante 20 traverse le fond 2a de La cuve externe puis est raccordée au fond 4a de la cuve interne 4.Les canalisations 12 et 18 permettent de faire circuler le fluide du fond de la cuve externe vers la cuve interne, comme schématisé par les flèches 22. De préférence, la sortie de la canalisation 18 et l'entrée de la canalisation 9 sont équipées de filtres ou de tamis 13 destinés à retenir les éventuels éléments isolants 30 qui auraient quitté la contre-électrode. Au moins un dispositif chauffant est prévu à L'intérieur de la cuve interne 4. Dans L'exemple de réalisation décrit, comme on peut le voir sur la figure 2, qui représente une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1, trois éléments chauffants identiques 24 sont prevus. Chaque élément 24 est constitué d'un panier cylindrique 26 comportant un fond 28 perforé. Les perforations du fond sont inférieures à la plus petite dimension des éléments isolants 30 contenus dans le panier 24. Ce panier 24 plonge dans une quantité de Liquide 8 contenue dans la cuve interne 4.Un appareil 32 de mesure du niveau d'eau, situe à l'extérieur de la cuve externe 2, permet de visualiser et de surveiller le niveau libre du liquide 8 contenu dans la cuve interne 4, tandis qu'un second appareil de mesure du niveau de L'eau référencé 34, permet de surveiller le niveau libre de L'eau 6 contenue à la partie inférieure de la cuve externe 2. Une pluralité de tiges 36, formant des doigts solidaires d'une plaque 38 et disposées en cercle, comme on peut le voir sur la figure 2, pénètre dans les éléments isolants 30 pratiquement j jusqu jusqu'à proximité du fond 28. Les tiges 36 et la plaque 38 sont conducteurs de l'électricité. Ils sont reliés à une source d'alimentation en courant électrique par une tige 40.Un manchon isolant 42 est prévu autour de la tige afin de l'isoler électriquement de la cuve externe 2. Dans l'exemple de réalisation représenté, chacun des trois éléments chauffants identiques 24 est relié à l'une des phases d'une source de courant triphasé. Les tiges 36 constituent une électrode, tandis que la cuve 26 de l'élément chauffant constitue une contreélectrode reliée électriquement au point neutre de la source de courant triphasé branchement en étoile). Comme on le remarque, les paniers cylindriques 26 de chacun des paniers 24 sont en contact L'uni avec l'autre. Ils sont donc reliés électriquement par l'intermédiaire de la paroi périphérique de la cuve interne 4 et par contact direct. Cette paroi périphérique de la cuve interne 4 étant elle-même en contact avec la masse de la cuve interne 2, on voit que les contre-électrodes 24 sont ainsi mises mécaniquement en contact avec la masse du générateur. En cas d'alimentation en courant monophasé, il est nécessaire de prévoir une liaison électrique de la contreélectrode à la seconde phase du réseau. Une canalisation de vidange 9 qui peut être obturée par une vanne modulante 11 est également prévue sur le fond 4a de La cuve interne afin de permettre le passage du fluide de la cuve interne vers la partie inférieure de la cuve externe. Une canalisation 44 d'évacuation de la vapeur est prévue à la partie supérieure de la cuve externe 2. Cette canalisation peut etre fermée par une vanne 46. Le fonctionnement du générateur qui vient d'etre décrit est le suivant : L'eau à vaporiser est introduite à la partie inférieure de la cuve externe 2 par la canalisation d'alimentation 7, puis dans la cuve interne 4 par les canalisations 12 et 18 sous l'effet de la pompe de circulation 14, la vanne 20 etant ouverte et la vanne 11 fermée. Le niveau du liquide monte dans la cuve interne jusqu'à une valeur voulue choisie de manière à obtenir une résistance électrique déterminée.En effet, il va de soi que plus Le niveau de l'eau est élevé dans La cuve interne, plus la section de passage offerte au courant est importante, car, la vapeur n'étant pas conductrice de l'électricité, le courant peut passer seulement à travers l'eau. On pourrait également obtenir le meme effet en faisant varier la quantité d'élements résistants 30 disposés dans le panier 26 en faisant varier leur hauteur. Si, au cours du fonctionnement, on souhaite réduire le niveau d'eau à l'intérieur de la cuve interne, on ouvre la vanne 11 et on ferme la vanne 20. L'eau passe alors de la cuve interne vers la cuve externe et la résistance électrique offerte au courant augmente. Si au contraire on souhaite augmenter à nouveau le niveau de l'eau, il suffit de fermer la vanne il et d'ouvrir la vanne 20 pour injecter une nouvelle quantité de fluide dans la cuve interne. L'eau s'échauffe par effet Joule sous l'effet du courant circulant entre l'électrode et La contre-électrode. La vapeur produite est évacuée par la canalisation de décharge 44. Une soupape de sûreté 48 est prévue sur la cuve pour permettre de limiter la pression à L'intérieur de cette dernière en cas de surpression. Le dispositif chauffant 24 réalisé suivant L'invention permet également une restitution de chaleur lors des demandes de vapeur, le transfert de cette chaleur s'effectuant lors d'une augmentation de niveau dans la cuve interne 4. De ce fait, la souplesse du générateur est accrue. REVENDICATIONS 1. Générateur électrothermique à conduction directe comprenant une cuve (2, 4), un liquide à échauffer contenu dans ladite cuve, au moins une électrode (36) et au ioins une contreélectrode (26) plongeant dans ledit liquide à échauffer (8), des moyens pour raccorder L'électrode et la contre-électrode à une source d'alimentation en courant électrique, caractérisé en ce que des éléments résistant électriquement (30) réalisés au moins partiellement en un matériau isolant sont disposés dans ladite cuve (4) entre L'électrode et la contre-électrode. 2. Générateur selon La revendication 1, caractérise en ce que les éléments (30) sont réalisés entièrement en un matériau isolant. 3. Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments (30) sont réalisés en un matériau conducteur recouvert d'un matériau isolant. 4. Générateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend une cuve externe (2), une cuve interne (4) située dans ladite cuve externe, au moins un dispositif chauffant (24) constitué d'un panier (26) contenant une quantité d'éléments isolants (30), ledit panier (26) formant une contre-électrode apte à être reliée à une source de courant électrique et, pour chaque dispositif chauffant (24), au moins une électrode constituée par au moins une tige (36) plongeant dans lesdits éléments isolants (30) contenus dans Le panier (26), ladite tige (36) étant reliée à une autre borne de la source de courant électrique, un conduit (8) d'alimentation de la cuve externe (2) en fluide à échauffer et une canalisation de sortie (44) pour la vapeur de ce liquide à vaporiser, raccordés à ladite cuve. 5. Générateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la cuve interne (4) est située au-dessus du fond (2a) de la cuve externe de manière à Laisser entre elles un espace disponible pour recevoir une quantité (6) de liquide à échauffer, une canalisation (12, 18) de circulation du fluide à échauffer etant raccordée à ladite cuve externe 2 et à ladite cuve interne (4) pour établir une circulation de ce fluide de la cuve externe vers la cuve interne. 6. Générateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la plus grande dimension des pièces est de L'ordre de quelques millimètres à quelques centimètres.