Chaudière électrique. Dans les chaudières électriques connues à résistances ou à électrodes, le fluide à chauffer est en général mobile par rapport à l'élément chauffant fixe.
L'invention a pour objet une chaudière électrique, caractérisé en ce qu'elle comporte au moins un élément chauffant mobile placé dans une enceinte contenant le fluide à chauf fer, et animé d'un mouvement relatif par rap port au fluide à chauffer. Il en résulte un écart de vitesses qui accroît la. rapidité de l'échange thermique et réduit l'entartrage.
Le dessin schématique annexé montre, à titre d'exemples, quelques formes -d'exécution de la chaudière électrique faisant l'objet de l'invention.
Fig. 1. représente une chaudière à résis tance.
Fig. 2 représente une chaudière à élec trode.
Fig. 3, représente une chaudière cloison- uée à éléments multiples. Fig. 4 est une coupe longitudinale d'une chaudière à enceinte tournante et arbre fixe.
ri ig. 5 représente une chaudière à enceinte et :à arbre tournants.
Dans les deux formes d'exécution repré sentées aux fig. 1 et 2, l'élément chauffant, résistance<I>a</I> (fig. 1) ou -électrode<I>b</I> (fig. 2), est calé sur un arbre creux c pouvant tour ner sur lui-même et aménagé pour le passage de conducteurs d d'amenée de courant élec trique. L'ensemble, élément chauffant et arbre, est enfermé au moyen d'un presse- étoupe e, dans une enceinte f pouvant être plus ou moins remplie par le fluide à échauf fer dont l'arrivée et le départ s'effectuent par des orifices, respectivement<I>g</I> et<I>h.</I>
L'élément chauffant,<I>a</I> ou<I>b,</I> étant sup posé immobile et le récipient f empli de fluide, si l'élément est traversé par un cou rant de -caractéristiques bien définies, le fluide subit un échauffement correspondant, d'une valeur bien déterminée. Si, toutes autres choses restant en état, l'arbre porte-éléments c est entraîné dans un mouvement de rotation, l'échange thermique est d'autant plus accéléré que la vitesse de rotation est plus grande.
Dans une variante non représentée sur le dessin, l'arbre c peut aussi être plein, l'ali mentation électrique des éléments chauffant étant alors assurée par des couronnes périphé riques ou latérales et des balais frotteurs par exemple.
En outre, l'élément chauffant peut être déplacé dans le fluide sans l'entraîner effec tivement ou bien, au contraire, participer à son déplacement par des formes appropriée (dentelures, aspérités, ailettes, etc.) ou, mieux, provoquer, à lui seul, par sa rotation, l'entraînement complet du fluide à travers la chaudière, l'élément chauffant. restant, bien entendu, animé d'un mouvement relatif par rapport au fluide à, chauffer.
Dans ces formes d'exécution, chaque. élé ment chauffant se trouve ainsi soumis à l'ac tion de la force centrifuge qui croît avec la vitesse de l'arbre. Il est donc nécessaire de les amarrer très solidement pour que l'arbre puisse atteindre sans danger une vitesse de rotation très élevée.
La, puissance calorifique d'une chaudière est limitée pratiquement par la rapidité de l'échange thermique entre l'élément chauffant et le fluide à. échauffer. A égalité de surface de chauffe et d'encombrement, elle est donc nettement accrue par rapport à une chaudière électrique fixe, dans les diverses formes d'exécution de la chaudière électrique selon l'invention.
Ces formes d'exécution permettent en effet de réaliser, avec une extrême souplesse, toutes les variations de régime de zéro à son maximum de possibilités en agissant sur les trois variables principales suivantes de ses conditions de fonctionnement: 1o L'intensité du courant d'alimentation, \?c La vitesse de rotation de l'élément, <B>30</B> Dans le cas où le fluide est liquide, la hauteur du liquide dans le récipient, autre- ment dit. le degré l'iinniersion de l'élément chauffant.
Ce dernier facteur permet d'obtenir: a) soit du liquide chaud lorsque le réci pient f est. entièrement rempli de liquide, b) soit du liquide surchauffé si le réci pient est également rempli de liquide, e) soit de la vapeur saturée si l'élément chauffant,<I>a.</I> ou<I>b,</I> est complètement immergé, et le corps de chaudière incomplètement rempli, d.) soit éventuellement de la vapeur sèche et même surchauffée si l'élément est partielle ment immergé comme dans le cas l'éléments résistants.
Comme le représente la fib. 3. le nombre d'éléments calés sur l'arbre c peut être menté en vue d'accroître la surface d'échange de l'ensemble sans être conduit- à des dia mètres exagérés et la durée du contact entre le fluide. et la surface (le transmission.
Ce dernier résultat peut être facilement obtenu par un cloisonnement % de la chaudière en un certain nombre (lu cellules f1, f=, f: , ete., ren fermant chacune un élément ou un groupe d'éléments a..
Le fluide circulant d'une cel lule à. l'antre s'échauffe progressivement et l'on peut faire des prélèvements en 1a1, h.2, la', aux différents étages. Les premières cel lules donnent du liquide chaud, les suivantes de la, vapeur saturée, puis sèche et enfin sur- chauffée.
Les éléments chauffants peuvent, suivant la. nature du fluide à. échauffer, et les cir constances locales (tension, nature du cou rant, possibilités de montage, ete.) être consti tués comme dans des chaudières électriques ordinaires, par des résistances on par des électrodes.
Lorsqu'il s'agit d'éléments chauffants ré sistants, ils peuvent être disposés soit sous forme de plateaux chauffant, fils ou rubans bobinés sur supports isolants, soit sous forme de spirales autour de l'arbre moteur ou d'an neaux concentriques enroulés sur des tores isolants centrés sur l'arbre, ou de toute autre façon; le résultat à obtenir ,étant l'augmen tation des surfaces de contact et l'accroisse ment de la vitesse d'échange thermique.
C'est ainsi que l'on peut prévoir des den telures, aspérités, cannelures, etc. sur les sur faces de transmissions.
Ils peuvent être en contact direct avec le fluide si la nature de celui-ci le permet ou bien en être séparés par une enveloppe de bonne conductibilité thermique, mais de pou voir isolant .électrique élevé.
En d'autres termes, chaque cas d'applica tion détermine la forme typique de la chau dière à employer.
Lorsque les éléments chauffants sont des électrodes disposées sous forme de disques le long de l'arbre moteur, l'on peut réaliser tous les couplages électriques désirés, comme dans le cas d'électrodes fixes.
L'avantage est ici que le mouvement de rotation favorise le dégazage rapide des sur faces de phases opposées et facilite énormé ment le passage continu du courant électri que à travers le fluide.
L'entraînement de l'arbre c ne nécessite qu'une puissance relativement faible, em ployée à vaincre les frottements de l'arbre sur ses supports et des éléments au sein du fluide.
Par contre, le débit du fluide à travers la chaudière doit être, dans la plupart des cas, assuré au moyen d'une pompe de circulation ou pompe alimentaire.
Dans les formes d'exécution décrites ci- dessus, les éléments chauffants n'intervien nent pas directement dans la mise en mouve ment du fluide.
A titre de variante, l'on peut prévoir que les éléments chauffants sont montés par paires et réunis l'un à l'autre par des ailettes ou aubes pouvant elles-mêmes et, s'il y a lieu, être conductrices de courant et participer à l'échange thermique. De tels groupes consti tuent en fait de véritables turbines centri fuges. Ce montage accélère encore davantage l'échange thermique, car il augmente la vi tesse relative de l'élément et du fluide, celui- ci .étant centrifugé avec énergie par la rota tion de l'élément chauffant.
La remarque faite à propos des éléments chauffants séparés, du groupage et du cloi sonnement de la chaudière représentée en fig. 3, s'applique .'également au cas d'éléments chauffants jumelés en - turbines. Cette dis position, qui reçoit dans ce cas toute sa va leur, crée en fait une véritable pompe cen trifuge mono- ou multicellulaire dont chaque corps ou groupe de corps est une véritable chaudière.
L'ensemble, comme dans le cas d'éléments distincts, permet d'obtenir étage par étage et par soutirages appropriés soit du liquide chaud, soit de la vapeur, saturée, sèche ou surchauffée. S'il s'agit d'un fluide gazeux, le principe reste le même, l'ensemble se com portant comme une soufflerie chauffante. Dans ce dernier cas, la pompe de circulation peut être réduite ou même supprimée.
Dans toutes les formes -d'exécution dé crites ci-dessus, un des gros avantages sur les chaudières à résistances figes, même plongées au sein d'un fluide en mouvement, est que la vitesse relative par rotation des éléments chauffants, combinée ou non avec la centri fugation du fluide, permet ;de réaliser des vitesses relatives, entre les éléments et le fluide, qu'il est matériellement impossible de réaliser dans des chaudières à éléments chauffants fixes et fluide mobile.
Par analogie avec la chaudière à éléments chauffants en forme -de disques plus particu lièrement décrite ci-dessus, on peut envisa ger une disposition différente de l'élément chauffant.
Ce dernier peut être constitué par un cy lindre mobile autour de son axe, creux ou non, lisse ou muni d'ailettes. Dans ce der nier cas, les ailettes peuvent être elles-mêmes des corps chauffants ou bien simplement des surfaces de dispersion thermiques et être constituées par de simples disques parallèles entre eux ou par une ou plusieurs spires d'hélices concentriques au cylindre principal. Elles interviendraient alors dans la mise en mouvement du fluide à échauffer, se compor tant ainsi comme des propulseurs volumé triques.
Il est bien évident que tout ce qui a été dit ci-dessus à propos des éléments chauf fants en forme de disques s'applique égale ment à ceux en forme de cylindres, avec ou sans ailettes ou hélices, dont les cellules sim ples ou multiples sont immergées complète ment ou partiellement, etc.
Le principe d'accélération de l'échange thermique est en effet appliqué de la même manière, c'est-à-dire mouvement relatif de l'élément chauffant par rapport au fluide à échauffer.
Dans la forme d'exécution selon fig. 4, les éléments chauffants<B>1111,</B> en nombre voulu, sont fixés contre la paroi interne i11. de l'enceinte o, qui peut tourner d'une manière étanche sur l'arbre fixe p.
Pour servir à la circulation du fluide, l'arbre p est partiellement creux. Le fluide arrive par l'extrémité creuse r, débouche par l'orifice s à l'intérieur de l'enceinte o qui constitue le corps de la chaudière, traverse celle-ci en, s'y échauffant au contact des élé ments chauffants 7n, et ressort par l'autre extrémité t de l'arbre creux.
Dans une variante, les éléments chauf fants, nu lieu d'être disposés parallèlement aux génératrices de l'enceinte, peuvent l'être radialement. Ils peuvent aussi avoir une forme annulaire ou celle de génératrice de disques, ou toute autre forme ou bien encore constituer la, paroi interne de l'enceinte mo bile.
Dans une autre forme d'exécution mon trée en- fia. 5, l'arbre u, autour duquel tourne l'enceinte v, peut aussi être animé d'un mou vement de rotation, ,gal ou différent, mais en sens inverse de celui de ladite enceinte. Ce mouvement a. pour effet, notamment, de produire une immobilisation relative du fluide entre les deux groupes d'éléments chauffants x et<I>y</I> qui peuvent éventuellement être fixés, respectivement, sur l'arbre u et contre la paroi interne z de l'enceinte v.
Cette forme d'exécution a en outre l'avan tage de réduire sensiblement l'encombrement total de la chaudière grâce à, cette multipli cation des surfaces actives. En effet, le fluide pénétrant par Fextré- mité creuse \?- de l'arbre n à l'intérieur de l'enceinte r, suit le parcours indiqué par les flèches 3, en contournant les éléments x et y, et en sort par Forifice 4 et l'extrémité creuse 5 de l'arbre ii.
L'agencement des chaudières représentées et décrites est=. évidemment, complété par tous les organes connus, habituellement employés pour assurer l'étanchéité entre les parties tournantes et, l'amenée de courant aux élé ments chauffants.