La présente invention a pour objet une chaudière à électrodes pour le chauffage d'un liquide conducteur. On connait des chaudières dans lesquelles un liquide conducteur de l'eau par exemple, est chauffé par le passage du courant électrique entre deux électrodes dans le liquide. Dans ces chaudières à électrodes, un moyen pour commander le courant passant entre les électrodes consiste à modifier l'espacement entre celles-ci, augmentant ainsi le trajet de courant à travers le liquide. Cet arrangement requiert nécessairement que l'une au moins des électrodes soit connectée à la source de puissance par une connexion flexible ou glissante, ce qui n'est pas satisfaisant.
La chaudière selon l'invention est caractérisée en ce qu'elle comprend au moins deux électrodes de puissance fixes, agencées pour etre connectées à une source de puissance électrique et au moins une électrode de transfert isolée des électrodes de puissance et disposée dans un trajet du courant électrique entre les deux électrodes de puissance.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, cinq formes d'exécution de la chaudière selon l'invention et une variante:
La fig. 1 est une vue en perspective avec arrachement de la première forme d'exécution;
la fig. 2 est une coupe de la chaudière de la fig. 1 montrant une disposition des électrodes;
la fig. 3 est une coupe semblable à celle de la fig. 2 montrant la variante relative à un autre arrangement des électrodes;
la fig. 4 est une coupe axiale de la seconde forme d'exécution;
la fig. 5 est une coupe axiale de la troisième forme d'exécution;
la fig. 6 est une coupe schématique de la quatrième forme d'exécution; et
la fig. 7 est une coupe axiale de la cinquième forme d'exécution.
La chaudière représentée à la fig. 1 comprend une enveloppe 1 comprenant une entrée 2 et une sortie 3.
De l'eau ou un autre liquide conducteur destiné à être chauffé s'écoule dans l'enveloppe 1 à travers l'entrée 2 et passe axialement le long de l'enveloppe entre trois électrodes extérieures 4, 5 et 6 et trois électrodes de transfert intérieures 7, 8 et 9, puis sort de l'enveloppe par la sortie 3.
Les trois électrodes extérieures 4, 5, 6 sont séparées les unes des autres par des bandes isolantes 10 et chacune est connectée par une borne 11, qui passe à travers la paroi de l'enveloppe 1, à une phase d'un courant d'alimentation triphase.
Les trois électrodes intérieures 7, 8, 9 sont maintenues sur un support 12 isolant de l'électricité. Des fentes 13 sont formées dans le support 12 et s'étendent entre les électrodes 7, 8, 9 qui sont ainsi isolées les unes des autres. Des bandes 14 d'une matière isolante sont fixées à la face concave des électrodes 4, 5, 6 s'étendent à travers un espace annulaire entre les électrodes intérieures et extérieures et s'engagent dans les fentes 13.
Les électrodes intérieures et extérieures sont en forme de cône tronqué, le cône formé par les électrodes intérieures étant coaxial avec le cône formé par les électrodes extérieures. Le support 12 des électrodes intérieures est agencé pour se déplacer axialement dans l'enveloppe 1 relativement aux électrodes extérieures fixes, faisant ainsi varier la largeur de l'espace entre les électrodes intérieures et extérieures et par conséquent la puissance de sortie de la chaudière.
La puissance électrique provenant d'une phase de l'alimentation triphasée, connectée par exemple à l'électrode extérieure 4, peut passer à travers le liquide conducteur s'écoulant entre les électrodes vers l'une et l'autre des deux électrodes intérieures 7 et 8 et revenir par le liquide à l'une et l'autre des deux électrodes extérieures 5 et 6.
Dans la variante de la fig. 3, les rubans isolants 15 entre les électrodes extérieures 4, 5, 6 s'étendent à travers l'espace entre les électrodes intérieures et extérieures et touchent, mais sans la pénétrer, la surface des électrodes de transfert intérieures 7, 8, 9. De même, les trois électrodes intérieures 7, 8, 9 sont séparées par des bandes isolantes 16 qui s'étendent vers les électrodes extérieures.
Dans ce cas, le support 12 pour les électrodes de transfert intérieures peut tourner autour de son axe longitudinal, de sorte que la surface de chaque électrode de transfert intérieure n'est pas partagée également entre deux phases adjacentes de l'alimentation appliquée aux électrodes extérieures. Quand les électrodes sont dans la position représentée à la fig. 3, dans laquelle des parties égales des électrodes intérieures sont opposées aux électrodes extérieures adjacentes, la puissance consommée par la chaudière est maximale. Dans l'autre position extrême, dans laquelle le support 12 a tourné jusqu'à ce que les rubans 15 et 16 soient venus en contact, chaque électrode intérieure est opposée seulement à une électrode extérieure et par conséquent il ne peut y avoir de transfert de puissance par une électrode de transfert intérieure entre les électrodes extérieures adjacentes.
Quand de l'eau passe le long des électrodes intérieures et extérieures, sa température et par conséquent sa conductivité augmentent. Pour compenser cette augmentation dans cette forme d'exécution, les électrodes intérieures et extérieures sont de préférence en forme de cône tronqués afin de diminuer la surface des électrodes en contact avec l'eau quand celle-ci s'écoule afin de maintenir la densité de courant en travers des électrodes pratiquement constante.
La seconde forme d'exécution de la fig. 4 comprend un récipient isolé 17 de section droite circulaire, de préférence, et comportant une entrée et une sortie d'eau 18 à proximité de son extrémité inférieure. Une électrode circulaire 19 est montée au centre du fond du récipient 17 et entourée par une seconde électrode annulaire 20. Ces deux électrodes de puissance 19, 20 sont connectées aux pôles opposés d'une alimentation monophasée.
Une électrode de transfert circulaire 21 est disposée audessus des électrodes de puissance 19, 20 et comprend un flotteur périphérique 22 en matière isolante, par exemple une matière plastique. Initialement, l'électrode de transfert 21 repose sur la partie supérieure des électrodes 19, 20, la matière isolante du flotteur 22 séparant les électrodes et évitant un court-circuit.
Un robinet 23 est monté dans un tuyau 24 d'alimentation d'eau communiquant avec l'entrée et la sortie 18. Une soupape de commande d'écoulement 25 est aussi montée dans le tuyau 24 et connectée à un thermostat 26 à l'intérieur du récipient 17, comme on le verra plus loin.
Pour l'utilisation, le robinet 23 est ouvert pour admettre de l'eau froide dans le récipient 17, et la source de puissance pour les électrodes 19 et 20 est enclenchée. Une petite quantité d'eau initiale seulement est admise dans le récipient 17 avant que le thermostat 26 ferme la soupape d'écoulement 25. Ce petit volume d'eau est rapidement chauffé par suite de l'écoulement du courant entre les électrodes 19 et 20, soit directement soit par l'électrode de transfert 21, le volume d'eau initial étant suffisant pour faire juste flotter l'électrode de transfert 21.
Quand la température de l'eau atteint la température de réglage du thermostat 26, ce dernier ouvre la soupape d'écoulement 25 pour admettre à nouveau de l'eau qui se mêle à l'eau chauffée dans le récipient 17 jusqu'à ce que la température tombe au-dessous de la température de réglage du ther mostat qui ferme alors la soupape 25. Ce volume accru d'eau est chauffé par l'écoulement du courant entre les électrodes de puissance 19, 20 jusqu'à ce que sa température s'élève à nouveau à la température de réglage du thermostat 26, après quoi une nouvelle quantité d'eau est admise comme précédemment.
Le récipient 17 se remplit ainsi graduellement d'eau à la haute température désirée ou à une température proche de celle-ci pour laquelle l'eau a une plus grande conductivité que lorsqu'elle était froide, ce qui est électriquement avantageux.
Quand l'eau atteint la partie supérieure du récipient 17, l'alimentation de courant et d'eau est automatiquement coupée par un interrupteur à flotteur non représenté. Dans cette position, le niveau de l'eau dans le récipient 17 est au-dessus de la partie supérieure d'un siphon 27 reliée à l'entrée et sortie d'eau 18. Le siphon fonctionne alors pour siphonner l'eau chaude du récipient 17. La décharge réelle peut être retardée au moyen d'une soupape non représentée dans le siphon, soupape qui peut s'ouvrir seulement quand la température finale de l'eau est à un niveau donné.
Cette construction présente les avantages suivants: chauffage rapide puisque l'eau est toujours à la température désirée ou proche de celle-ci, présentant donc la conductivité maximale; conditions de courant stables; et tolérance aux différentes conductivités dans les alimentations d'eau.
Cette forme d'exécution peut être utilisée dans un distributeur à monnaie, l'insertion d'une pièce de monnaie enclenchant le courant et ouvrant le robinet d'eau 23.
Au lieu d'utiliser une électrode 19 circulaire et une électrode 20 annulaire et coaxiale, on peut employer deux électrodes semicirculaires disposées côte à côte, leurs côtés rectilignes étant séparés par un espace uniforme.
La forme d'exécution de la fig. 5 comprend une électrode de transfert 24 cylindrique et mobile, plus lourde que l'eau, comportant une face supérieure fermée 25 et disposée dans une enveloppe 26. Le fond 27 de l'enveloppe est conique vers le haut et comprend une entrée d'eau froide 28 à son sommet.
Un jet d'eau s'écoulant dans l'enveloppe à travers l'entrée 28 soulève l'électrode de transfert et l'amène en partie en regard des électrodes de puissance 29. Quand l'écoulement d'eau est augmenté, l'électrode de transfert 24 est soulevée plus haut à l'intérieur de l'enveloppe 26 et ainsi un plus fort courant s'écoule entre les électrodes 29 par l'intermédiaire de l'électrode 24.
Le fond conique de l'enveloppe aide à stabiliser la position de l'électrode de transfert 24. Quand celle-ci s'élève dans l'enveloppe, la dimension de l'espace entre le bord inférieur de l'électrode 24 et le fond conique 27 augmente. Pourvu que la surface de l'anneau entre l'électrode 24 et la paroi de l'enveloppe 26 soit plus grande que la surface de l'espace annulaire entre le bord inférieur de l'électrode 24 et le fond conique 27, l'effet de piston de l'électrode 24 est éliminé et l'électrode de transfert 24 prend une position fixe pour un écoulement d'eau donné.
Des pièces d'espacement ou des guides non représentés sont nécessaires pour centrer l'électrode de transfert 24 flottante dans l'enveloppe 26 et pour l'empêcher de toucher les électrodes de 29.
Un réglage pour différents domaines de conductivité et de débit d'eau est possible en modifiant le poids de l'électrode de transfert 24.
La forme d'exécution représentée à la fig. 6 comprend deux électrodes de puissance 31 et 32 tronconiques séparées par des bandes isolantes. Une électrode de transfert conique 33 est disposée coaxialement au cône formé par les deux électrodes 31, 32. Le sommet de l'électrode 33 est connecté à l'enveloppe par un ressort 34. Une tige métallique 35 s'étend depuis la base de l'électrode de transfert 33; elle est entourée par un solénoïde 36 connecté en série avec les conducteurs d'alimentation du courant pour les électrodes de puissance 31 et 32.
Le courant s'écoulant dans la chaudière dépend de la tension appliquée et de la conductivité de l'eau. Si la tension appliquée est fixe, le courant qui s'écoule est directement proportionnel à la conductivité. L'écoulement du courant dans le solénoïde 36 détermine la force appliquée à l'électrode 33 contre le ressort 34.
Quand la température de l'eau augmente, sa conductivité s'élève et ainsi l'intensité du courant entre les électrodes 31 et 32, par l'électrode de transfert 33, augmente. Un courant accru passe alors dans le solénoïde 36 qui augmente sa force de traction sur l'électrode 33 pour augmenter l'espace entre les électrodes 31, 32 d'une part et l'électrode de transfert 33 d'autre part, ce qui produit une augmentation de la longueur du trajet de courant à travers l'eau et par conséquent une augmentation de la résistance de ce trajet avec diminution correspondante de l'intensité du courant.
Une variante dans l'arrangement du solénoïde peut être utilisée de façon que la force exercée par le solénoïde soit dirigée de manière à faire tourner l'électrode de transfert conique autour de son axe longitudinal, afin de faire varier l'écoulement du courant, contre l'action d'un ressort en spirale.
Dans ce cas, l'arrangement des électrodes peut être du type représenté à la fig. 3.
Le mouvement longitudinal ou rotationnel de l'électrode de transfert 33 peut être produit aussi par une action magnétique à distance. On supprime ainsi la tige 35 et les problèmes d'étanchéité qui s'ensuivent dans la zone où la tige traverse l'enveloppe, et dans ce cas le champ magnétique produit par le solénoïde 36 agit sur l'électrode 33 à travers la paroi de l'enveloppe.
Une dernière forme d'exécution est représertée à la fig. 7.
Une des limitations du chauffage électrique direct de l'eau avant son utilisation réelle peut être imposée par la capacité du circuit à supporter la charge existant en divers points. Pour cette raison, un emmagasinage d'eau chaude est avantageux et cette forme d'exécution de la chaudière permet l'emmagasinage de l'eau chaude aussi bien qu'un certain chauffage de l'eau retirée.
La chaudière de la fig. 7 comprend une cuve 37 comportant une entrée d'eau froide 38 et une sortie d'eau chaude 39.
Deux électrodes tubulaires 40 et 41 sont disposées l'une audessus de l'autre à proximité de la sortie 39 et connectées aux pôles opposés d'une source de tension. Une électrode de transfert cylindrique 42 est placée coaxialement avec les électrodes de puissance 40, 41. Le tuyau constituant la sortie d'eau 39 passe dans l'espace annulaire entre les électrodes tubulaires 40 et 41 et l'électrode de transfert cylindrique 42.
La cuve 37 est remplie initialement d'eau jusqu'au niveau d'un tuyau de ventilation 43 à la partie supérieure de la cuve et l'eau est maintenue à ce niveau par une soupape non représentée.
L'eau, qui est chauffée par le passage du courant entre les électrodes 40 et 41 par l'électrode de transfert 42, circule par convexion dans la cuve 37. Quand de l'eau chaude est retirée par la sortie 39, elle est prise directement à l'intérieur des électrodes 40, 41, là où elle est la plus chaude. De cette manière, l'eau peut être emmagasinée dans la cuve, cette eau étant chaude mais à une température au-dessous de sa température d'utilisation, tout en pouvant être retirée à la température correcte.
La position de l'électrode de transfert 42 peut être modifiée pour faire varier la température de l'eau, on peut être préalablement réglée à l'usine dans la position désirée et fixée dans cette position. La température peut être modifiée aussi en utilisant des électrodes de transfert de divers diamètres.
La chaudière à électrodes décrite peut être utilisée pour chauffer tout fluide conducteur, bien que son emploi principal soit le chauffage de l'eau pour des usages industriels et domestiques. Une autre application se rencontre dans le chauffage rapide du lait afin de pasteuriser ce dernier.