Brevet FR2776370A1 — publié le 19990924

DISPOSITIF DE PRODUCTION D'EAU CHAUDE COMPORTANT UNE CUVE EQUIPEE DE MOYENS DE PROTECTION CATHODIQUE A COURANT IMPOSE L'invention vise un dispositif de production d'eau chaude comportant une cuve équipée de moyens de protection cathodique à courant imposé, c'està-dire dotés d'une anode non consommable et de moyens d'alimentation électrique à courant imposé reliés auxdites anode et cuve. Les moyens de protection cathodique sont d'une utilisation courante, à l'heure actuelle, afin d'assurer la protection des équipements de production d'eau chaude, en particulier les cuves réalisées en acier noir fonctionnant à des températures comprises entre la température ambiante et 1 10 C et à des pressions comprises entre 0,5 bar et 30 bars. Ces moyens de protection cathodique comprennent classiquement une anode non consommable et une alimentation stabilisée à régulation de tension automatique, reliée à ladite anode et à la cuve et adaptée pour maintenir ladite cuve à un potentiel négatif situant le métal dans sa zone d'immunité. De tels moyens de protection s'avèrent efficaces vis-à- vis des problèmes de corrosion chimique et électrochimique. Par contre, ils s'avèrent totalement inefficaces vis-à-vis des problèmes de corrosion par fragilisation caustique et conduisent même au contraire à une augmentation des risques d'un tel type de corrosion. En effet, la corrosion par fragilisation caustique résulte de l'action violente des alcalins et alcalino-terreux sur le fer en raison de l'alcalinité des eaux, qui donne lieu à la diffusion de ces éléments dans la structure cristalline du métal et à la formation de ferrates d'alcalins cause de fissures et d'explosion des équipements. L'exemple le plus courant est ainsi la formation de ferrates de sodium résultant de la diffusion de sodium en présence d'oxygène dissous. Or, même si ce type de corrosion est constaté en l'absence de moyens de protection cathodique, elle se trouve accélérée par de tels moyens de protection du fait que ces derniers conduisent à porter la cuve à un potentiel négatif et à rendre donc celle-ci plus attractive pour des alcalins chargés positivement (Na+, Ca+...). A l'heure actuelle, la seule solution utilisée pour lutter contre cette corrosion par fragilisation caustique et ainsi augmenter la durée de vie des cuves consiste à les revêtir intérieurement d'une couche de matériau tel que de l'émail, du verre ou du ciment. Toutefois, cette solution s'avère poser des problèmes notamment lors du transport et de la manutention des cuves en raison de la fragilité du revêtement intérieur, qui oblige dans la pratique à remplir ces o0 cuves d'eau en vue de préserver l'intégrité de ce revêtement et donc son efficacité ultérieure et conduisent à une augmentation considérable du poids desdites cuves et par conséquent à une augmentation notable des difficultés de leur manutention. L'opération de revêtement est parfois pratiquée sur le site mais exige alors l'intervention de spécialistes. La présente invention vise à pallier cet inconvénient et a pour principal objectif de fournir un dispositif de production d'eau chaude protégé efficacement contre tous les types de corrosion (chimique, électro- chimique, et fragilité caustique) tout en pouvant être manutentionné à vide comme un dispositif classique actuel. Un autre objectif de l'invention est de fournir un dispositif de production d'eau chaude dont l'anode des moyens de protection cathodique présente une taille notablement réduite par rapport aux anodes actuelles. Un autre objectif de l'invention est de fournir un dispositif de production d'eau chaude doté de moyens de contrôle et d'analyse en continu du fonctionnement dudit dispositif. A cet effet, l'invention vise un dispositif de production d'eau chaude comportant une cuve équipée de moyens de protection cathodique dotés d'une anode non consommable et de moyens d'alimentation électrique reliés auxdites anode et cuve. Selon l'invention, ce dispositif se caractérise en ce que la cuve est revêtue intérieurement d'une couche de revêtement composite graphite/liant. L'invention a donc consisté à combiner des moyens de protection cathodique avec un revêtement spécifique de type composite graphite- liant qui s'avèrent pallier de façon très efficace tous les problèmes de corrosion, fragilisation caustique, chimique, électrochimique. En effet, et en premier lieu, le revêtement composite s'avère constituer une surface de sites actifs conduisant à l'adsorption physique des alcalins et alcalino-terreux et à la formation d'une barrière entre ces éléments et la paroi interne de la cuve. De plus, ce revêtement composite s'avère attirer les métaux contenus dans l'eau qui viennent se fixer sur ce dernier par électrodéposition et conduisent à la formation d'une couche dure qui protège la cuve de toute attaque. Or, outre la présence de la couche dure, il est à noter que cette électrodéposition permet d'éviter la formation de piles qui se créent lorsque la cuve n'a pas de revêtement et qui conduit à une corrosion électrochimique. Enfin, concernant ce phénomène d'électrodéposition, il est à noter que la couche formée s'autorégénère, car lorsque cette dernière est saturée, des dépôts se créent dans le fond de la cuve et sont évacués lors des opérations de déborbage classiquement effectuées pour de tels dispositifs de production d'eau chaude. Comme indiqué ci-avant, les moyens de protection cathodique et le revêtement composite combinent donc leurs effets pour l'obtention d'une protection très efficace contre tous les types de corrosion. Selon une autre caractéristique de l'invention, le liant consiste en une peinture de qualité alimentaire, et notamment de façon avantageuse en une peinture de polyuréthane. Le revêtement composite consiste quant à lui avantageusement en un liant dopé d'une poudre de graphite dont la composition massique est comprise entre 5 % et 20 %. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'anode est revêtue d'un film de nuance oxydée, tel que préférentiellement un mélange en proportions égales d'oxyde de ruthénium et d'oxyde d'iridium, dont l'épaisseur est avantageusement sensiblement comprise entre 100 et 400 microns. De plus, cette anode est préférentiellement réalisée en titane. L'ensemble de ces caractéristiques conduit à l'obtention d'une anode de faible prix de revient offrant une résistance chimique quelle que soit la nature de l'eau. De plus, une telle anode peut accepter une densité de courant maximale de 1000 A/m2 équivalant sensiblement au double de l'intensité acceptable par les anodes actuelles. De ce fait, à surface d'anode égale, elle permet de protéger des cuves de plus grande quantité qu'une anode actuelle. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif l0 de production d'eau chaude comprend une électrode de référence solidaire de la cuve de façon à relever le potentiel de cette dernière, et des moyens de régulation des moyens d'alimentation électrique asservis à ladite électrode de référence de façon à imposer un courant adapté pour maintenir le potentiel de la cuve à une valeur sensiblement comprise entre -0,8 volts et -1 volts. Une telle alimentation stabilisée permet de maintenir le potentiel du métal de la cuve dans sa zone d'immunité selon la nature de l'eau, la valeur préférentielle du potentiel de la cuve à obtenir étant, en outre, classiquement, sensiblement égale à -1,2 volts. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif de production d'eau chaude comprend des moyens de mesure cyclique de données de fonctionnement telles que potentiel de la cuve, différence de potentiel entre cuve et anode, intensité du courant délivré, température de l'eau, et des moyens de mémorisation desdites mesures. Cet enregistrement de données spécifiques au fonctionnement de l'installation permet notamment le suivi du fonctionnement de la protection par relevé de la tension de la cuve, d'horodater les événements, de déterminer les conditions d'exploitation... Ainsi, soumis à des analyses périodiques, facilitées préférentiellement en utilisant une carte à puce en tant que moyens de mémorisation, de tels enregistrements permettent de contrôler l'efficacité de la protection et d'optimiser les interventions sur le site afin de réduire les coûts de maintenance. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui suit en référence aux dessins annexés qui en représentent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation préférentiel. Sur ces dessins qui font partie intégrante de la présente description: s - la figure 1 est une vue schématique d'un ballon de production d'eau chaude conforme à l'invention sur laquelle ne sont pas représentés les organes de chauffage de l'eau, - et la figure 2 est un graphique d'une courbe de fonctionnement représentant un enregistrement de la valeur du potentiel de la 1o cuve en fonction du temps. Le dispositif de production d'eau chaude conforme à l'invention représenté à la figure 1 comprend classiquement une cuve 1 de forme générale cylindrique représentée de façon schématique à des fins de simplification, c'est-à-dire sans moyens de chauffage de l'eau ni raccords d'alimentation et de sortie d'eau qui peuvent être de tout connu en soi. Cette cuve 1 réalisée par exemple en acier noir présente en premier lieu la particularité d'être revêtue intérieurement d'une couche 2 de revêtement composite consistant en une peinture polyuréthane dopée d'une poudre de graphite dont la composition massique est comprise entre 5 % et 20 %. Un tel revêtement composite est préparé par simple mélange du liant et du graphite dans une cuve agitée, et mis en place par tout procédé classique tel que projection sur la paroi interne de la cuve 1. Ainsi appliqué, ce revêtement, d'une part, constitue une surface de sites actifs favorisant l'adsorption des alcalins et alcalino-terreux causes de la fragilité caustique et, d'autre part, conduit à la formation d'une pellicule dure sur la surface dudit revêtement par un effet d'électrodéposition des métaux contenus dans l'eau. Ce dispositif de production d'eau chaude comprend, en outre, des moyens de protection cathodique par courant imposé palliant les risques de corrosion chimique et électrochimique. Ces moyens de protection comprennent, en premier lieu, une anode non consommable 3 constituée d'une 6 2776370 barre longiligne, s'étendant dans la cuve 1 (axialement en l'exemple) et solidarisée en partie supérieure à la plaque 4 d'obturation de ladite cuve. Cette anode 3 est réalisée en titane et est revêtue d'un film de quelques centaines de microns d'épaisseur, constitué d'un mélange en proportions égales d'oxyde de ruthénium et d'oxyde d'iridium déposé sur ladite anode par tout procédé thermique classique tel que l'émaillage. Ces moyens de protection cathodique comprennent, en outre, une alimentation stabilisée 5 à régulation de tension automatique permettant de porter le potentiel de la cuve à une valeur négative présélectionnée comprise entre -0,85 volts et -1,2 volts selon la nature de l'eau. A cet effet, le pôle négatif de cette alimentation 5 est raccordé à l'anode 3, et le pôle positif est raccordé à la cuve 1, et cette alimentation 5 est asservie à une électrode de référence 6 en Calumel positionnée sur la cuve 1 de façon que sa tête de mesure soit disposée le plus près possible de l'interface face interne de la paroi de la cuve 1/solution liquide. Ce dispositif de production d'eau chaude comprend enfin une carte d'enregistrement 7 apte: - a collecter et maémoriser les données de fonctionnements délivrées par: 20. l'alimentation 5 à savoir potentiel de la cuve 1, potentiel entre anode 3 et cuve 1 fonction essentiellement du diamètre de cette cuve 1 et de la qualité de l'eau, intensité du courant délivré, un thermostat 8 de mesure de la température de l'eau dans la cuve 1. - à établir un calendrier des événements (date et heure), comme tel que représenté à la figure, une courbe représentant l'évolution dans le temps du potentiel Ec de la cuve 1 sur laquelle apparaît: des périodes de fonctionnement normal o le potentiel Ec de la cuve 1 correspond au potentiel de consigne en l'exemple -1,2 volts, 7 2776370 des périodes de fonctionnement anormal, en l'exemple au nombre de quatre, o le potentiel de la cuve 1 s'élève temporairement au-dessus de la valeur de consigne. L'ensemble des données enregistrées par exemple sur une carte électronique à puces permet grâce à un examen périodique de ces données de vérifier l'état de la cuve 1, les conditions d'exploitation par l'utilisateur et d'optimiser l'entretien et la maintenance du dispositif 8 2776370 REVENDICATIONS 1/ - Dispositif de production d'eau chaude comportant une cuve (1) équipée de moyens de protection cathodique dotés d'une anode non consommable (3) et de moyens d'alimentation électrique (5) reliés auxdites anode et cuve, caractérisé en ce que ladite cuve (1) est revêtue intérieurement d'une couche (2) de revêtement composite graphite/liant. 2/ - Dispositif de production d'eau chaude selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liant consiste en une peinture de qualité alimentaire. 3/ - Dispositif de production d'eau chaude selon la revendication 2, caractérisé en ce que la peinture est une peinture de polyuréthane. 4/ - Dispositif de production d'eau chaude selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le revêtement composite (2) consiste en un liant dopé d'une poudre de graphite dont la composition massique est comprise entre 5 % et 20 %. / - Dispositif de production d'eau chaude selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'anode (3) est revêtue d'un film de nuance oxydée. 6/ - Dispositif de production d'eau chaude selon la revendication 5, caractérisé en ce que le film de revêtement de l'anode (3) consiste en un mélange en proportions égales d'oxyde de ruthénium et d'oxyde d'iridium. 7/ - Dispositif de production d'eau chaude selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que l'épaisseur du film est sensiblement comprise entre 100 et 400 microns. 8/ - Dispositif de production d'eau chaude selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que l'anode (3) est réalisée en titane. 9/ - Dispositif de production d'eau chaude selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une électrode de référence (6) solidaire de la cuve (1) de façon à relever le potentiel de cette dernière, et des moyens de régulation des moyens d'alimentation électrique (5) 9 2776370 asservis à ladite électrode de référence de façon à imposer un courant adapté pour maintenir le potentiel de la cuve (1) à une valeur sensiblement comprise entre -0,8 volts et-1,3 volts. / - Dispositif de production d'eau chaude selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de régulation sont adaptés pour assurer le maintien du potentiel de la cuve (1) à une valeur sensiblement égale à -1,2 volts. 11/ - Dispositif de production d'eau chaude selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (7) de o0 mesure cyclique de données de fonctionnement telles que potentiel de la cuve (1), différence de potentiel entre cuve (1) et anode (3), intensité du courant délivré, température de l'eau, et des moyens de mémorisation desdites mesures. 12/ - Dispositif de production d'eau chaude selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de mémorisation i5 des mesures consistent en une carte électronique à puce.