On a déjà proposé de réaliser un chauffe-eau électrique à électrodes immergées, dans lequel l'eau est chauffée par le courant qui la traverse, en montant trois électrodes, ou davantage, radialement et symétriquement sur un support isolant et en les alimentant au moyen d'une source de courant triphasé, les électrodes étant branchées en triangle, ce qui permet d'obtenir un coefficient électrique plus favorable qu'en monophasé et par conséquent un meilleur rendement (brevet allemand N" 356288).
Pour qu'une telle installation soit pratiquement utilisable, il est toutefois nécessaire de pouvoir régler le courant consommé, non seulement en fonction des besoins, c'est-à-dire de la température désirée, mais également en fonction de l'intensité de courant admissible dans un réseau d'alimentation domestique, compte tenu du fait que cette intensité admissible peut en outre varier en fonction des autres besoins.
Les dispositifs de régulation électriques utilisant des disjoncteurs coupent le courant d'alimentation lorsque la température de l'eau ou la température ambiante désirée est atteinte. Le fonctionnement par tout ou rien est toutefois incompatible avec un usage domestique dans les conditions habituelles, car on ne peut accepter de brusques variations de courant, qui sont de l'ordre de 25 ampères, compte tenu de la consommation d'une telle installation, dans un réseau d'alimentation domestique sans le perturber.
Dans le cas de dispositifs de régulation mécaniques ou électromécaniques, dans lesquels on fait varier la surface immergée des électrodes ou la distance des électrodes entre-elles, la régulation est tributaire de la résistivité de Veau, donc de sa dureté et de sa température et il serait difficile de réaliser des dispositifs de ce genre permettant de maintenir le courant à une valeur constante ou même de maintenir la variation de ce courant dans des limites acceptables pour le réseau. En outre de tels dispositifs, pour autant qu'ils soient réalisables, seraient très onéreux.
L'homme du métier dispose actuellement de moyens de régulation électroniques tels que les thyratrons ou les triacs permettant de maintenir le courant à une valeur constante. Si l'introduction d'un tel élément dans le circuit d'alimentation des électrodes ne pose pas de problème dans le cas d'une alimentation monophasée, il n'en est par contre pas de même lorsqu'on a trois électrodes reliées en triangle comme c'est le cas d'un chauffe-eau à électrodes immergées alimenté en triphasé, car si on dispose un thyratron ou un triac sur chaque phase, le premier de ces éléments qui s'ouvre laisse passer un courant égal à la somme des courants dans les deux autres éléments, selon la loi des noeuds, ce qui a pour effet de déséquilibrer le système en modifiant les angles des courants sur chacune des phases.
L'invention a précisément pour but d'apporter une solution simple au problème de la régulation du courant d'alimentation d'un chauffe-eau à électrodes immergées alimenté en triphasé.
Elle a pour objet un chauffe-eau électrique à électrodes immergées dans lequel l'eau est chauffée par le courant électrique s'écoulant entre les électrodes, comportant trois électrodes reliées à une source de courant triphasé, disposées radialement et symétriquement sur un support en matière isolante entouré d'un manchon en matière isolante, tubulaire et concentrique entourant les électrodes, ce chauffe-eau comportant en outre des moyens de régulation du courant, caractérisé par le fait que ledit support et ledit manchon sont reliés entre eux par trois parois radiales isolantes disposées entre chacune des trois électrodes reliées à la source de courant triphasé, des électrodes auxiliaires étant disposées de chaque côté de chacune desdites parois,
les deux électrodes auxiliaires situées de part et d'autre d'une paroi étant reliées électriquement entre elles à travers un élément électronique de régulation du courant traversant cet élément et par le fait qu'il comprend des moyens de commande des éléments de régulation.
Grâce à cette disposition simple, I'intensité du courant peut être maintenue à une valeur constante, indépendamment de la température de Veau, ce qui permet d'utiliser ce genre de chauffage de façon domestique.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'invention.
La fig. I en représente une vue en coupe radiale selon 1-1 de la fig. 2.
La fig. 2 représente une vue en coupe axiale selon ll-ll de la fig. 1.
La fig. 3 illustre le mode de fixation des électrodes.
La fig. 4 représente le schéma bloc de l'installation électrique de régulation.
Le chauffe-eau représenté au dessin comprend un corps isolant cylindrique 1 en matière synthétique susceptible de supporter une température de 120"C, dont les extrémités la et lb sont coniques pour faciliter l'écoulement de l'eau à chauffer autour et parallèlement à l'axe du corps 1. Ce corps isolant 1 présente trois rainures longitudinales 2, obtenues par exemple par fraisage, dans lesquelles s'engagent et sont maintenues latéralement trois électrodes principales 3, 4 et 5 se présentant sous la forme de plaques métalliques rectangulaires identiques, disposées radialement sur le corps 1 et équidistantes angulairement, c'est-à-dire formant un angle de 1200 entre elles. Le corps 1 et les électrodes sont entourés d'un tube 6 en matière isolante, par exemple en une matière synthétique identique à la matière constituant le corps 1.
Les électrodes 3, 4 et 5 sont donc maintenues radialement par le tube 6. L'eau à chauffer traverse le tube 6 qui constitue un élément de conduite. Au-dessus et au-dessous de chaque électrode 3, 4 et 5 s'étendent des ailes du corps 1 de même épaisseur et de même largeur que les électrodes, telles que les ailes 22 et 23.
En plus des électrodes principales 3, 4 et 5 reliées directement et respectivement à chacune des phases R, S, T d'une source d'alimentation triphasée, le chauffe-eau comprend trois paires d'électrodes auxiliaires 7a et 7b, respectivement 8a et gb, 9a et 9b.
Les électrodes auxiliaires d'une paire, par exemple les électrodes 7a et 7b, sont séparées l'une de l'autre par une paroi radiale 10, respectivement 1 1 et 12, du corps central 1, ces parois radiales, en matière isolante, étant situées à 60 des électrodes 3, 4 et 5 et venant de préférence en contact avec le tube 6 de manière à diviser radialement l'espace annulaire entre le corps 1 et le tube 6 en trois parties sans communication entre elles au niveau des électrodes. Les électrodes 7a et 7b sont reliées aux bornes de puissance d'un premier triac 13, les électrodes 8a et 8b étant reliées à travers un triac 14 et les électrodes 9a et 9b à travers un triac 15.
Ainsi, si l'on considère que les électrodes 3, 4 et 5 sont branchées en triangle et qu'un courant électrique doit s'établir entre ces électrodes à travers l'eau qui constitue des résistances entre les électrodes, le courant qui doit s'établir, par exemple, entre les électrodes 3 et 4 doit traverser le triac 13 qui détermine la valeur de ce courant. Il en est de même des triacs 14 et 15. Une partie du courant passe directement entre les électrodes par les extrémités du tube 6, mais ce courant est relativement faible par rapport au courant contrôlé par les triacs.
La fixation et la connexion des électrodes aux câbles d'alimentation extérieurs peut se faire par exemple comme représenté à la fig. 3. L'électrode présente à l'une de ses extrémités une patte filetée 6 dans laquelle est vissée l'extrémité d'une tige filetée 17 dépassant à l'extérieur du tube 6. Un premier écrou 18 maintient la tige filetée 17 en place sur le tube 6, une rondelle d'étanchéité 19 étant disposée entre l'écrou 18 et le tube. Une cosse 20 est fixée entre l'écrou 18 et un second écrou 21. Le tube 6 peut donc être utilisé comme support principal de l'ensemble.
La fig. 4 représente le schéma bloc de l'installation annexe de régulation commandant l'ouverture des triacs 13, 14 et 15. Cette installation comprend un circuit d'alimentation stabilisé 21 branché entre une phase PH et le neutre N, un amplificateurcomparateur 22 constitué par un amplificateur différentiel de type courant et qu'on trouve sur le marché, un circuit de commande des triacs 23 délivrant trois tensions de commande Ul, U2 et U3 appliquées respectivement aux électrodes de commande 13a, 14a et 15a (fig. 1) des triacs 13, 14 et 15.
Au circuit de commande 23 sont appliqués d'une part la tension de sortie 22a de l'amplificateur-comparateur 22 qui détermine l'angle d'ouverture des triacs, et d'autre part trois signaux de synchronisation d'un circuit de synchronisation 24 relié aux trois phases R, S et T assurant l'ouverture successive des triacs 13, 14 et 15 en synchronisme avec l'alimentation des électrodes 3, 4 et 5.
A l'amplificateur différentiel 22 sont appliquées deux tensions d'entrée, l'une délivrée par une sonde thermo-électrique 25, par exemple une thermistance, et l'autre par un dispositif de sélection 26 comportant un cadran 27 fixant la température désirée. Le signal sur la sortie 22a de l'amplificateur-comparateur 22 est fonction de la différence des signaux 25 et 26. Les circuits 21, 22, 23 et 24 sont montés sur des plaquettes à circuit imprimé 28, 29 et 30.
Au moyen d'un commutateur (26, 27), il est par exemple possible de régler cinq seuils de températures telles que 50 , 60 , 70 , 80 et 90"C. La régulation s'effectue avec de très faibles variations, autour du seuil choisi de telle sorte qu'on obtient de faibles consommations de courant proportionnelles au point choisi pendant des cycles allant de 5 secondes à n secondes, suivant le volume de l'ambiance à chauffer. On obtient par exemple une consommation de 2 ampères à 50"C et une consommation de 4 ampères à 90"C.
Il est ainsi possible de bloquer l'intensité du courant à la valeur maximale disponible. Le seuil sera donc choisi en fonction des autres besoins. Par exemple, si l'on dispose de 12KW/h ou de 25 ampères, on peut placer le commutateur sur 90 , ce qui entraîne une consommation de 4 ampères pour la chaudière et permet de disposer de 20 ampères pour les autres besoins domestiques.
It has already been proposed to produce an electric water heater with submerged electrodes, in which the water is heated by the current which passes through it, by mounting three electrodes, or more, radially and symmetrically on an insulating support and by feeding them by means a three-phase current source, the electrodes being connected in a triangle, which makes it possible to obtain a more favorable electrical coefficient than in single-phase and consequently a better efficiency (German patent N "356288).
For such an installation to be practically usable, however, it is necessary to be able to adjust the current consumed, not only as a function of requirements, that is to say of the desired temperature, but also as a function of the current intensity. admissible in a domestic power supply network, taking into account the fact that this admissible current can also vary according to other needs.
Electrical regulators using circuit breakers cut off the supply current when the desired water temperature or room temperature is reached. The all-or-nothing operation is however incompatible with a domestic use under the usual conditions, because one cannot accept sudden variations of current, which are of the order of 25 amperes, taking into account the consumption of such an installation, in a home power network without disturbing it.
In the case of mechanical or electromechanical regulation devices, in which the immersed surface of the electrodes or the distance of the electrodes between them is varied, the regulation is dependent on the resistivity of the water, therefore on its hardness and on its temperature and it It would be difficult to produce devices of this type making it possible to maintain the current at a constant value or even to maintain the variation of this current within acceptable limits for the network. Furthermore, such devices, as far as they are feasible, would be very expensive.
Those skilled in the art currently have electronic regulation means such as thyratrons or triacs making it possible to maintain the current at a constant value. If the introduction of such an element in the supply circuit of the electrodes does not pose a problem in the case of a single-phase supply, it is not the same when there are three electrodes connected in a triangle. as is the case with a three-phase submerged electrode water heater, because if a thyratron or a triac is placed on each phase, the first of these elements which opens lets a current equal to the sum of the currents in the other two elements, according to the law of nodes, which has the effect of unbalancing the system by modifying the angles of the currents on each of the phases.
The object of the invention is precisely to provide a simple solution to the problem of regulating the supply current of a three-phase submerged electrode water heater.
It relates to an electric water heater with submerged electrodes in which the water is heated by the electric current flowing between the electrodes, comprising three electrodes connected to a three-phase current source, arranged radially and symmetrically on a material support. insulating surrounded by a sleeve of insulating material, tubular and concentric surrounding the electrodes, this water heater further comprising means for regulating the current, characterized in that said support and said sleeve are interconnected by three radial insulating walls arranged between each of the three electrodes connected to the three-phase current source, auxiliary electrodes being arranged on each side of each of said walls,
the two auxiliary electrodes situated on either side of a wall being electrically connected to one another through an electronic element for regulating the current flowing through this element and by the fact that it comprises means for controlling the regulating elements.
By virtue of this simple arrangement, the intensity of the current can be maintained at a constant value, independently of the water temperature, which makes it possible to use this type of heating in a domestic manner.
The accompanying drawing represents, by way of example, one embodiment of the invention.
Fig. I represents a view in radial section along 1-1 of FIG. 2.
Fig. 2 shows an axial sectional view along II-II of FIG. 1.
Fig. 3 illustrates the method of fixing the electrodes.
Fig. 4 shows the block diagram of the electrical regulation installation.
The water heater shown in the drawing comprises a cylindrical insulating body 1 made of synthetic material capable of withstanding a temperature of 120 "C, the ends of which la and lb are conical to facilitate the flow of the water to be heated around and parallel to it. 'axis of the body 1. This insulating body 1 has three longitudinal grooves 2, obtained for example by milling, in which engage and are held laterally three main electrodes 3, 4 and 5 in the form of identical rectangular metal plates, arranged radially on the body 1 and angularly equidistant, that is to say forming an angle of 1200 between them. The body 1 and the electrodes are surrounded by a tube 6 of insulating material, for example of a synthetic material identical to the material constituting the body 1.
The electrodes 3, 4 and 5 are therefore held radially by the tube 6. The water to be heated passes through the tube 6 which constitutes a pipe element. Above and below each electrode 3, 4 and 5 extend wings of the body 1 of the same thickness and of the same width as the electrodes, such as the wings 22 and 23.
In addition to the main electrodes 3, 4 and 5 connected directly and respectively to each of the phases R, S, T of a three-phase power source, the water heater comprises three pairs of auxiliary electrodes 7a and 7b, respectively 8a and gb, 9a and 9b.
The auxiliary electrodes of a pair, for example the electrodes 7a and 7b, are separated from each other by a radial wall 10, respectively 1 1 and 12, of the central body 1, these radial walls, made of insulating material, being located 60 from the electrodes 3, 4 and 5 and preferably coming into contact with the tube 6 so as to radially divide the annular space between the body 1 and the tube 6 into three parts without communication between them at the level of the electrodes. The electrodes 7a and 7b are connected to the power terminals of a first triac 13, the electrodes 8a and 8b being connected through a triac 14 and the electrodes 9a and 9b through a triac 15.
Thus, if we consider that the electrodes 3, 4 and 5 are connected in a triangle and that an electric current must be established between these electrodes through the water which constitutes resistances between the electrodes, the current which must s 'establish, for example, between electrodes 3 and 4 must pass through the triac 13 which determines the value of this current. The same is true for triacs 14 and 15. Part of the current passes directly between the electrodes through the ends of tube 6, but this current is relatively low compared to the current controlled by the triacs.
The fixing and connection of the electrodes to the external power cables can be done, for example, as shown in FIG. 3. The electrode has at one of its ends a threaded tab 6 into which is screwed the end of a threaded rod 17 projecting outside the tube 6. A first nut 18 holds the threaded rod 17 in place. on the tube 6, a sealing washer 19 being disposed between the nut 18 and the tube. A lug 20 is fixed between the nut 18 and a second nut 21. The tube 6 can therefore be used as the main support of the assembly.
Fig. 4 shows the block diagram of the auxiliary regulation installation controlling the opening of triacs 13, 14 and 15. This installation comprises a stabilized power supply circuit 21 connected between a phase PH and neutral N, an amplifier-comparator 22 consisting of a current type differential amplifier and which can be found on the market, a control circuit for the triacs 23 delivering three control voltages U1, U2 and U3 applied respectively to the control electrodes 13a, 14a and 15a (fig. 1) of the triacs 13 , 14 and 15.
To the control circuit 23 are applied on the one hand the output voltage 22a of the amplifier-comparator 22 which determines the opening angle of the triacs, and on the other hand three synchronization signals of a synchronization circuit 24 connected to the three phases R, S and T ensuring the successive opening of the triacs 13, 14 and 15 in synchronism with the supply of the electrodes 3, 4 and 5.
To the differential amplifier 22 are applied two input voltages, one delivered by a thermoelectric probe 25, for example a thermistor, and the other by a selection device 26 comprising a dial 27 setting the desired temperature. The signal at the output 22a of the amplifier-comparator 22 is a function of the difference of the signals 25 and 26. The circuits 21, 22, 23 and 24 are mounted on printed circuit boards 28, 29 and 30.
By means of a switch (26, 27), it is for example possible to set five temperature thresholds such as 50, 60, 70, 80 and 90 "C. The regulation is carried out with very small variations, around the threshold chosen so that low current consumptions are obtained proportional to the point chosen during cycles ranging from 5 seconds to n seconds, depending on the volume of the environment to be heated. For example, a consumption of 2 amps at 50 is obtained. "C and a consumption of 4 amps at 90" C.
It is thus possible to block the intensity of the current at the maximum available value. The threshold will therefore be chosen according to other needs. For example, if you have 12KW / h or 25 amps, you can set the switch to 90, which consumes 4 amps for the boiler and allows 20 amps for other household needs.