EP3879186A1 - Ion boiler - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to an ionic boiler, also called ionization or ion boiler.
- the ionic boiler uses electricity as primary energy, like an electric boiler, with the difference that it has a particular heating body, using an ionic fluid allowing it to be heated: it works by implementing the principle of thermal agitation by friction. Heat is produced when the ions present in the fluid are set in motion by the alternation of the electric field. Their movements are the cause of a rise in temperature. This phenomenon is called the Joule effect.
- ionic boilers which include a heating body comprising a fluid of ionic solution type and in which are positioned two electrodes, a plate heat exchanger, a primary circuit and a regulator.
- the object of the invention is therefore to provide a more efficient ionized boiler and for this purpose relates, firstly, to a heating body for ionic boiler, said body comprising an inlet opening to allow the entry of a fluid of ionic solution type and an outlet opening to allow the exit of said fluid, a cylinder head at least partially receiving at least two first ends of at least two conductive electrodes connected to one phase, said yoke being connected to neutral.
- the heating body is remarkable in that it comprises at least one third conductive electrode, said at least three conductive electrodes defining a geometric shape in said heating body and in that it comprises at least one secondary type electrode connected to the neutral and positioned at the center of said geometric shape.
- the extent of the electric field lines generated by the electrodes in the ionic solution at l is increased by at least 10%. inside the heating body.
- the invention also relates to an ionic boiler comprising a primary circuit which passes through a heating body as defined above, as well as a plate exchanger, a regulator and a primary circulator.
- the invention also relates to a sanitary installation comprising a boiler as defined above.
- the invention relates to a method of implementing the ionic boiler comprising a balloon, in accordance with the invention and the method is remarkable in that the water in the balloon is brought to a temperature of at least substantially 80 ° vs.
- the figure 1 illustrates an ionic boiler according to a first embodiment of the invention: it comprises a primary circuit 1 in which a fluid circulates.
- the fluid is an ionic solution, that is to say a solution which contains ions.
- the ionic solution contains Na + and Cl- ions. This solution was obtained by adding salt to demineralized water, which allows control of the conductivity of the fluid and therefore the power of the boiler.
- the primary circuit passes through various elements that the boiler comprises, including a CC heating body, in which the ionic solution (or fluid) is heated, a regulation controller A, an EP plate exchanger and a primary circulator 2.
- the function of the regulator A is to recover various data transmitted by temperature probes and, thanks to the implementation of a computer program and other information relating to the safety of use of the device, used to define the starting and stopping of the boiler.
- the temperature probes include a primary circuit outlet temperature probe 4, placed near the outlet of the heating body CC, and a primary circuit return temperature probe 5 placed at the outlet of the EP plate exchanger.
- the EP plate heat exchanger is used to exchange the calories from the primary circuit to a secondary sanitary circuit.
- the primary circulator 2 has the function of circulating the fluid in the primary circuit.
- the ionic boiler according to the invention also comprises a reservoir 3 for filling the primary circuit with fluid, as well as a purge valve 6 of the primary circuit.
- Fittings are used to connect the boiler to a secondary circuit to ensure the temperature rise of a network of radiators R or to ensure the rise in temperature of the water contained in a water tank or to ensure the rise in temperature of a sanitary network S using in particular the tank (see figures 7 to 9 ).
- an overheating thermostat 7 is connected to the primary circuit near the tank 3 and communicates with the controller A.
- automaton A will not be further described in the present document because it is not the subject of the present application and the person skilled in the art has at his disposal many models of automatons and of literature which he will be able to choose according to the functions he wishes to implement in the boiler and the type of boiler to be implemented.
- the DC heater shown in more detail in figure 2 it comprises a tank 8 of cylindrical shape, comprising a lateral heating body inlet 9, located laterally and in the lower part of the heating body CC when the latter is fixed in the boiler.
- the heating body also comprises a heating body outlet 10: the outlet is coaxial with the tank 8 and it is located at the top of the heating body CC when the latter is fixed in the boiler.
- the ionic solution enters the heating body through the inlet 9 and leaves the outlet 10 to circulate in the primary circuit 1.
- the heating body comprises three conductive electrodes 11 connected to a phase.
- the tank 8 of the heating body CC is open in the lower part and comprises a closing yoke 12, receiving a first support 13 and connected to neutral.
- the support 13 has three through openings each receiving three bakelite rings 14, each of the rings 14 being fixed by a bolt system 15 in a through opening and receiving a first end 111 of an electrode 11.
- the electrodes 11 have second ends 112 which are received in a support 80 placed inside the reservoir 8, at its upper end in the vicinity of the outlet 10.
- Two screws 16 fix the first support 13 to the lower end of the tank 8 and the cylinder head covers the lower end and the support 13.
- the heating body comprises a fourth secondary electrode 17, connected to neutral.
- the figure 3 shows the arrangement of the four conductive electrodes 11 and secondary 17 (connected to neutral) in the heating body: three conductive electrodes 11 form an equilateral triangle and the fourth secondary electrode 17 is placed at the center of the equilateral triangle. In other words, the fourth secondary electrode is positioned at the center of the geometric shape formed by the conductive electrodes 11.
- the electric field emitted by the conductive electrodes 11 extends further into the tank 8 of the heating body CC, because the secondary electrode placed in the center attracts the field emitted by the conductive electrodes 11.
- the The extended electric field 20 is at the origin of the heating of the ionic solution. The more the electric field is extended, the more the heating body is efficient.
- the performance of the heating body is increased by at least 10%.
- This embodiment shown in figure 4 Further expands the electric field generated by the conductive electrodes in the DC heater body and the performance of the DC heater increases substantially by about 50%.
- the operating principle of the heating body is as follows: a single-phase or three-phase electric current is brought by the conductive electrodes 11 into the ionic solution.
- the ionic solution being itself conductive allows the passage of the current which induces the Joule effect: the charge carriers (the ions Na + and Cl- in our example) in movement interact with the molecules of the medium which then constitute a brake on their movement. shift.
- the charge carriers the ions Na + and Cl- in our example
- To transfer a predetermined quantity of electric current it is therefore necessary to provide an additional power which will be dissipated during the interactions between the charge carriers and the molecules of the medium in the form of thermal energy. This energy is at the origin of the increase in temperature of the medium.
- a conductive material such as, for example, poly (3,4-ethylenedioxythiophene), known under the trade name PEDOT®.
- PEDOT® - sometimes abbreviated with the acronym PEDT - is a p-type conductive polymer (electron accelerator) made up of 3, 4 - ethylenedioxythiophene or EDOT monomers.
- This coating forms a protective layer which allows electrical conduction while protecting the surface of the electrodes from the redox phenomenon.
- the invention provides for placing an element therein in the upper part, in the vicinity of the outlet 10 of the heating body.
- This element is shown in figure 5 and 6 : it is a deflector element 18 whose outer shape 19 is cylindrical and complementary to that of the tank 8 of the heating body CC, to fit into and rest in the tank 8 of the heating body at its upper end .
- the deflector element 18 has a cavity 21 in the form of a truncated cone in the center of which a central opening 22 is made.
- the central opening 22 comes in line with the outlet opening 10 of the tank 8 of the heating body CC when the deflector element 18 is placed in the tank.
- This deflector element 18 makes it possible to create a funnel around the outlet 10 of the tank of the heating body. Also, the right angle usually formed by the upper wall 23 and the side wall 24 of the heating body is then erased, and the heated ionic solution no longer rushes into this angle: it is oriented directly towards the outlet of the tank 8 .
- the ionic solution heated by the heating body is then better guided towards the outlet of the heating body and the performance of the heating body is then further optimized.
- the truncated cone cavity 21 comprises housings 25 for receiving second ends 112 of said conductive electrodes 11 and possibly secondary 17 and maintaining them in a direction parallel to a central axis Z of said heating body CC.
- the cavity has a surface which forms an angle ⁇ of approximately 120 ° with a direction parallel to the axis of the heating body CC.
- the deflector element 18 replaces the support 80 in the example shown in figure 2 .
- the deflector element 18 comprises, in its opening 22 a centering piece 26 which is perforated and which has at its center a ring 27 capable of receiving the second end 112 of the neutral electrode 17 positioned at the center of the geometric shape formed by the conductive electrodes 11.
- the centering piece 26 maintains the neutral secondary electrode 17 in the central axis of the heating body CC.
- the heating body according to the invention allows a better distribution of the electric field produced by the conductive electrodes in the solution. ionic, and ensures a good distribution of the heated ionic solution towards the outlet opening 10 of the heating body: it is thus more efficient than the heating bodies of ionic boilers currently on the market.
- the boiler according to the invention comprises a second tank B, the capacity of which is approximately 50 L.
- the boiler also includes a second exchanger ER (simply called a radiator exchanger) making it possible to adjust the temperature of the heat transfer fluid circulating in the heating system (radiators for example).
- a second exchanger ER (simply called a radiator exchanger) making it possible to adjust the temperature of the heat transfer fluid circulating in the heating system (radiators for example).
- the primary circuit comprises, at the output T1 of the heating body, an atmospheric pressure control device CP.
- the small capacity tank B is positioned at the outlet of the plate heat exchanger EP and an all-or-nothing valve VTOR is positioned at the outlet of the plate heat exchanger, upstream of the tank B.
- Tank B is very important in this circuit because it will ensure the rise in domestic hot water temperature from 10 ° C to 60 ° C: the domestic hot water tank is located in branch T5 and supplies in hot water the heat exchanger EP and thus the sanitary circuit S.
- tank B The water contained in tank B is heated to 80 ° C. either by an external plate exchanger (not illustrated) or by its own exchanger which is internal to the tank (outlet T7).
- a mixer M1 is used to mix the hot water at 80 ° C leaving tank B with cold sanitary water to obtain water at 45 ° C in section T5 which brings the water back to the EP plate exchanger. It is thus possible to raise domestic hot water from 45 ° C to 60 ° C by means of the boiler because this allows the boiler to be used only for drawing, which reduces electricity consumption.
- the majority of the calories then pass into the radiator exchanger ER.
- the temperature is then controlled by a set of flow rates between the accelerators (or pump) P1 and P2.
- the hot water circuit passes through section T3 to supply the various equipment.
- the cooled water returns to the radiator exchanger ER via section T4 thanks to the presence of a pump P2.
- An VE expansion vessel is also provided on section T4 for reasons of safety and proper operation of the R heating network.
- section T2 equipped with a pump P1 completes the network at the inlet of the heating body CC to ensure good circulation of fluids.
- the tank B is separated from the EP plate exchangers and ER radiator exchangers so that each can work at its nominal value.
- Balloon B is instructed to work at 80 ° C while the rest works at 65 ° C.
- the domestic hot water outlet is always 60 ° C.
- the VTOR valve is used either to recharge tank B at 80 ° C or to supply the EP sanitary exchangers and ER radiators.
- FIG 9 The installation shown in figure 9 is still different: instead of providing an all-or-nothing VTOR valve, two sections T9 and T10 of the circuit are provided at the outlet of the atmospheric pressure control device CP, one (T9) in the direction of the plate heat exchanger EP and the other (T10) in the direction of tank B.
- a pump P3 is provided on section T10 and controls tank B.
- Another pump P4 is provided on the section T9 and controls the plate heat exchangers EP and radiator ER which operate at substantially the same temperature.
- T1 connects the output of the CC heater to the atmospheric pressure control device.
- This installation makes it possible to carry out a priming and a setpoint temperature according to the many cases necessary for the operation of the boiler in domestic hot water mode. It also makes it possible to replace the VTOR all-or-nothing valve, which is less reliable than a pump (in addition, the pumps can be controlled in flow).
Abstract
L'invention concerne notamment un corps de chauffe (CC) pour chaudière ionique, ledit corps de chauffe comportant une ouverture d'entrée (9) pour permettre l'entrée d'un fluide de type solution ionique et une ouverture de sortie (10) pour permettre la sortie dudit fluide, une culasse (12) recevant au moins partiellement au moins deux premières extrémités (111) d'au moins deux électrodes conductrices (11) reliées à une phase, ladite culasse (12) étant reliée au neutre. Le corps de chauffe est remarquable en ce qu'il comporte au moins une troisième électrode conductrice (11), lesdites au moins trois électrodes conductrices (11) définissant une forme géométrique dans ledit corps de chauffe (CC) et en ce qu'il comporte au moins une électrode de type secondaire (17) reliée au neutre et positionnée au centre de ladite forme géométrique.The invention relates in particular to a heating body (CC) for an ionic boiler, said heating body comprising an inlet opening (9) to allow the entry of a fluid of ionic solution type and an outlet opening (10). to allow the output of said fluid, a yoke (12) at least partially receiving at least two first ends (111) of at least two conductive electrodes (11) connected to a phase, said yoke (12) being connected to neutral. The heating body is remarkable in that it comprises at least a third conductive electrode (11), said at least three conductive electrodes (11) defining a geometric shape in said heating body (CC) and in that it comprises at least one secondary type electrode (17) connected to neutral and positioned at the center of said geometric shape.
Description
L'invention concerne une chaudière ionique, appelée encore à ionisation ou chaudière à ions.The invention relates to an ionic boiler, also called ionization or ion boiler.
La chaudière ionique utilise l'électricité comme énergie primaire, comme une chaudière électrique, à la différence qu'elle comporte un corps de chauffe particulier, utilisant un fluide ionique permettant la chauffe de celui-ci : il fonctionne en mettant en œuvre le principe de l'agitation thermique par friction. La chaleur est produite lorsque les ions présents dans le fluide sont mis en mouvement par l'alternance du champ électrique. Leurs mouvements sont à l'origine d'une élévation de température. Ce phénomène est appelé effet Joule.The ionic boiler uses electricity as primary energy, like an electric boiler, with the difference that it has a particular heating body, using an ionic fluid allowing it to be heated: it works by implementing the principle of thermal agitation by friction. Heat is produced when the ions present in the fluid are set in motion by the alternation of the electric field. Their movements are the cause of a rise in temperature. This phenomenon is called the Joule effect.
La chaudière ionique fonctionne en mettant en œuvre deux circuits hydrauliques :
- Un circuit primaire qui comporte un fluide caloporteur pouvant être une solution ionique comme de l'eau déminéralisée avec adjonction de sel, un corps de chauffe et un échangeur à plaques. Le fluide est monté en température dans le corps de chauffe grâce à la présence d'électrodes alimentée en électricité ;
- Deux circuits secondaires dans lesquels circule l'eau du système de chauffage (radiateurs par exemple), le second alimentant l'eau chaude sanitaire. En passant dans l'échangeur à plaques du circuit primaire, l'eau du circuit secondaire récupère la chaleur produite par effet Joule. Elle la transmet ensuite soit au système de chauffage avant de revenir dans la chaudière pour de nouveau être chauffée, soit au puisage sanitaire.
- A primary circuit which comprises a heat transfer fluid which can be an ionic solution such as demineralized water with the addition of salt, a heating body and a plate heat exchanger. The fluid is brought up to temperature in the heating body thanks to the presence of electrodes supplied with electricity;
- Two secondary circuits in which the water of the heating system (radiators for example) circulates, the second supplying domestic hot water. By passing through the plate heat exchanger of the primary circuit, the water in the secondary circuit recovers the heat produced by the Joule effect. It then transmits it either to the heating system before returning to the boiler to be heated again, or to domestic hot water draw-off.
On connait ainsi des chaudières ioniques qui comprennent un corps de chauffe comportant un fluide de type solution ionique et dans lequel sont positionnées deux électrodes, un échangeur à plaques, un circuit primaire et un automate de régulation.There are thus known ionic boilers which include a heating body comprising a fluid of ionic solution type and in which are positioned two electrodes, a plate heat exchanger, a primary circuit and a regulator.
L'inconvénient des chaudières ioniques actuelles est qu'elles consomment beaucoup d'électricité pour faire monter en température le corps de chauffe. Elles sont par ailleurs encombrantes.The disadvantage of current ionic boilers is that they consume a lot of electricity to raise the temperature of the heating body. They are also bulky.
Par ailleurs, elles ne permettent pas actuellement une mise en œuvre pour un réseau d'eau chaude sanitaire et un réseau de chauffage sans mécanisme de surchauffe.Moreover, they do not currently allow an implementation for a domestic hot water network and a heating network without an overheating mechanism.
L'invention a donc pour objet de proposer une chaudière ionisée plus performante et concerne à cet effet, dans un premier temps, un corps de chauffe pour chaudière ionique, ledit corps comportant une ouverture d'entrée pour permettre l'entrée d'un fluide de type solution ionique et une ouverture de sortie pour permettre la sortie dudit fluide, une culasse recevant au moins partiellement au moins deux premières extrémités d'au moins deux électrodes conductrices reliées à une phase, ladite culasse étant reliée au neutre.The object of the invention is therefore to provide a more efficient ionized boiler and for this purpose relates, firstly, to a heating body for ionic boiler, said body comprising an inlet opening to allow the entry of a fluid of ionic solution type and an outlet opening to allow the exit of said fluid, a cylinder head at least partially receiving at least two first ends of at least two conductive electrodes connected to one phase, said yoke being connected to neutral.
Le corps de chauffe est remarquable en ce qu'il comporte au moins une troisième électrode conductrice, lesdites au moins trois électrodes conductrices définissant une forme géométrique dans ledit corps de chauffe et en ce qu'il comporte au moins une électrode de type secondaire reliée au neutre et positionnée au centre de ladite forme géométrique.The heating body is remarkable in that it comprises at least one third conductive electrode, said at least three conductive electrodes defining a geometric shape in said heating body and in that it comprises at least one secondary type electrode connected to the neutral and positioned at the center of said geometric shape.
Grâce au positionnement d'au moins une électrode neutre sensiblement au centre de la forme géométrique formée par les électrodes de phase, on augmente d'au moins 10 % l'étendue des lignes de champ électrique générées par les électrodes dans la solution ionique à l'intérieur du corps de chauffe.Thanks to the positioning of at least one neutral electrode substantially in the center of the geometric shape formed by the phase electrodes, the extent of the electric field lines generated by the electrodes in the ionic solution at l is increased by at least 10%. inside the heating body.
Le corps de chauffe pour chaudière ionique conforme à l'invention peut également comprendre les caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison :
- le corps de chauffe peut comporter au moins quatre électrodes secondaires, trois électrodes secondaires parmi lesdites au moins quatre électrodes secondaires étant disposées chacune entre deux électrodes conductrices et les trois électrodes secondaires étant équidistantes de ladite électrode secondaire positionnée au centre de ladite forme géométrique,
- les électrodes peuvent être recouvertes d'un matériau conducteur qui protège la surface des électrodes d'un phénomène d'oxydoréduction,
- ledit matériau conducteur peut être du poly (3, 4 éthylènedioxythiophène), connu sous le nom commercial PEDOT®,
- le corps de chauffe peut comporter un élément déflecteur au voisinage de ladite ouverture de sortie, ledit élément déflecteur présentant une cavité en forme de tronc de cône au centre de laquelle est ménagée une ouverture centrale venant au droit de ladite ouverture de sortie dudit corps,
- la cavité en forme de tronc de cône peut comprendre des logements pour accueillir des secondes extrémités desdites électrodes conductrices et éventuellement secondaires et les maintenir suivant une direction parallèle à un axe central dudit corps de chauffe,
- ladite ouverture centrale peut comprendre une pièce ajourée apte à recevoir l'extrémité de ladite au moins une électrode secondaire positionnée au centre de ladite forme géométrique pour maintenir ladite électrode secondaire dans l'axe centrale dudit corps de chauffe.
- the heating body may include at least four secondary electrodes, three secondary electrodes among said at least four secondary electrodes each being arranged between two conductive electrodes and the three secondary electrodes being equidistant from said secondary electrode positioned at the center of said geometric shape,
- the electrodes may be covered with a conductive material which protects the surface of the electrodes from an oxidation-reduction phenomenon,
- said conductive material may be poly (3, 4 ethylenedioxythiophene), known under the trade name PEDOT®,
- the heating body may include a deflector element in the vicinity of said outlet opening, said deflector element having a cavity in the form of a truncated cone in the center of which is formed a central opening coming in line with said outlet opening of said body,
- the cavity in the form of a truncated cone may comprise housings for receiving the second ends of said conductive and possibly secondary electrodes and maintaining them in a direction parallel to a central axis of said heating body,
- said central opening may comprise a perforated part suitable for receiving the end of said at least one secondary electrode positioned at the center of said geometric shape to maintain said secondary electrode in the central axis of said heating body.
L'invention concerne également une chaudière ionique comportant un circuit primaire qui traverse un corps de chauffe tel que défini ci-dessus, ainsi qu'un échangeur à plaques, un automate de régulation et un circulateur primaire.The invention also relates to an ionic boiler comprising a primary circuit which passes through a heating body as defined above, as well as a plate exchanger, a regulator and a primary circulator.
La chaudière ionique conforme à l'invention peut également présenter les caractéristiques techniques suivantes, prises séparément ou en combinaison :
- la chaudière peut comporter un ballon dans lequel circule le fluide du circuit primaire,
- elle peut en outre comporter au moins un échangeur à radiateurs,
- elle peut en outre comporter une vanne tout ou rien (appelée encore « vanne trois voies ») qui autorise ou interdit une circulation du fluide entre le ballon et l'échangeur à radiateurs,
- elle peut en outre comporter une première pompe et une seconde pompe, ladite première pompe alimentant ledit échangeur à plaques et ladite seconde pompe alimentant ledit ballon,
- elle peut en outre comporter une vanne tout ou rien qui est positionnée en sortie de l'échangeur à radiateurs.
- the boiler may include a tank in which circulates the fluid from the primary circuit,
- it can also include at least one heat exchanger with radiators,
- it may also include an all-or-nothing valve (also called a “three-way valve”) which allows or prohibits circulation of the fluid between the tank and the radiator exchanger,
- it may further include a first pump and a second pump, said first pump supplying said plate heat exchanger and said second pump supplying said tank,
- it may also include an all-or-nothing valve which is positioned at the outlet of the radiator heat exchanger.
L'invention vise également une installation sanitaire comportant une chaudière telle que définie ci-dessus.The invention also relates to a sanitary installation comprising a boiler as defined above.
Enfin, l'invention concerne un procédé de mise en œuvre de la chaudière ionique comportant un ballon, conforme à l'invention et le procédé est remarquable en ce que l'eau du ballon est porté à une température d'au moins sensiblement 80 °C.Finally, the invention relates to a method of implementing the ionic boiler comprising a balloon, in accordance with the invention and the method is remarkable in that the water in the balloon is brought to a temperature of at least substantially 80 ° vs.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de mise en œuvre nullement limitatif, et des dessins annexés, sur lesquels :
- [
Fig. 1 ] est une vue en perspective illustrant une chaudière conforme à l'invention, - [
Fig. 2 ] est une vue en coupe éclatée d'un corps de chauffe d'une chaudière ionique conforme à l'état de la technique, - [
Fig. 3 ] est une vue en coupe d'un corps de chauffe conforme à un premier mode de réalisation de l'invention, illustrant également la répartition du champ électrique généré dans le corps de chauffe, - [
Fig. 4 ] est une vue en coupe d'un corps de chauffe conforme à un second mode de réalisation de l'invention, illustrant également la répartition du champ électrique généré dans le corps de chauffe, - [
Fig. 5 ] est une vue en coupe d'un élément d'un corps de chauffe conforme à un mode de réalisation préféré de l'invention, - [
Fig. 6 ] est une vue de dessous de l'élément portant la référence 18 et montré enfigure 5 , - [
Fig. 7 ] est une représentation schématique d'une installation conforme à un premier mode de réalisation de l'invention, - [
Fig. 8 ] est une représentation schématique d'une installation conforme à un second mode de réalisation de l'invention, - [
Fig. 9 ] est une représentation schématique d'une installation conforme à un troisième mode de réalisation de l'invention.
- [
Fig. 1 ] is a perspective view illustrating a boiler according to the invention, - [
Fig. 2 ] is an exploded sectional view of a heating body of an ionic boiler in accordance with the state of the art, - [
Fig. 3 ] is a sectional view of a heating body according to a first embodiment of the invention, also illustrating the distribution of the electric field generated in the heating body, - [
Fig. 4 ] is a sectional view of a heating body according to a second embodiment of the invention, also illustrating the distribution of the electric field generated in the heating body, - [
Fig. 5 ] is a sectional view of an element of a heating body according to a preferred embodiment of the invention, - [
Fig. 6 ] is a bottom view of the element bearing thereference 18 and shown infigure 5 , - [
Fig. 7 ] is a schematic representation of an installation according to a first embodiment of the invention, - [
Fig. 8 ] is a schematic representation of an installation according to a second embodiment of the invention, - [
Fig. 9 ] is a schematic representation of an installation according to a third embodiment of the invention.
La
Dans l'exemple présentement décrit, la solution ionique comporte des ions Na+ et Cl-. Cette solution a été obtenue en ajoutant du sel à de l'eau déminéralisée, ce qui permet un contrôle de la conductivité du fluide et donc la puissance de la chaudière.In the example described here, the ionic solution contains Na + and Cl- ions. This solution was obtained by adding salt to demineralized water, which allows control of the conductivity of the fluid and therefore the power of the boiler.
Par exemple, pour 6 litres d'eau déminéralisée, on a ajouté 3g de sel (NaCI).For example, for 6 liters of demineralized water, 3 g of salt (NaCl) were added.
Le circuit primaire traverse différents éléments que comporte la chaudière, parmi lesquels un corps de chauffe CC, dans lequel la solution ionique (ou fluide) est chauffée, un automate de régulation A, un échangeur à plaques EP et un circulateur primaire 2.The primary circuit passes through various elements that the boiler comprises, including a CC heating body, in which the ionic solution (or fluid) is heated, a regulation controller A, an EP plate exchanger and a
L'automate de régulation A a pour fonction de récupérer différentes données transmises par des sondes de température et, grâce à la mise en œuvre d'un programme informatique et à d'autres informations relatives à la sécurité d'utilisation de l'appareil, permet de définir le démarrage et l'arrêt de la chaudière.The function of the regulator A is to recover various data transmitted by temperature probes and, thanks to the implementation of a computer program and other information relating to the safety of use of the device, used to define the starting and stopping of the boiler.
Les sondes de températures comprennent une sonde 4 de température de départ du circuit primaire, placée au voisinage de la sortie du corps de chauffe CC et une sonde 5 de température de retour du circuit primaire placée en sortie de l'échangeur à plaques EP.The temperature probes include a primary circuit
L'échangeur à plaques EP permet d'échanger les calories du circuit primaire à un circuit sanitaire secondaire.The EP plate heat exchanger is used to exchange the calories from the primary circuit to a secondary sanitary circuit.
Le circulateur primaire 2 a pour fonction de faire circuler le fluide dans le circuit primaire.The
La chaudière ionique conforme à l'invention comporte également un réservoir 3 de remplissage du circuit primaire en fluide, ainsi qu'un robinet de purge 6 du circuit primaire.The ionic boiler according to the invention also comprises a
Des raccords (non illustrés) permettent de raccorder la chaudière à un circuit secondaire pour assurer la montée en température d'un réseau de radiateurs R ou pour assurer la montée en température d'eau contenue dans un ballon d'eau ou pour assurer la montée en température d'un réseau sanitaire S à l'aide notamment du ballon (voir
Enfin, un thermostat de surchauffe 7 est raccordé au circuit primaire à proximité du réservoir 3 et communique avec l'automate A.Finally, an
L'automate A ne sera pas davantage décrit dans le présent document car il ne fait pas l'objet de la présente demande et l'homme du métier a à sa disposition beaucoup de modèles d'automates et de littérature qu'il saura choisir suivant les fonctions qu'il souhaite mettre en œuvre dans la chaudière et le type de chaudière à réaliser.The automaton A will not be further described in the present document because it is not the subject of the present application and the person skilled in the art has at his disposal many models of automatons and of literature which he will be able to choose according to the functions he wishes to implement in the boiler and the type of boiler to be implemented.
Il va maintenant être fait référence au corps de chauffe CC montré plus en détails en
Le corps de chauffe comprend également une sortie 10 de corps de chauffe : la sortie est coaxiale au réservoir 8 et elle est située en partie haute du corps de chauffe CC quand ce dernier est fixé dans la chaudière.The heating body also comprises a heating body outlet 10: the outlet is coaxial with the
La solution ionique entre dans le corps de chauffe par l'entrée 9 et sort part la sortie 10 pour circuler dans le circuit primaire 1.The ionic solution enters the heating body through the
Pour mettre en vibration et faire monter le fluide en température, le corps de chauffe comporte trois électrodes conductrices 11 reliées à une phase.To set in vibration and raise the temperature of the fluid, the heating body comprises three
Pour ce faire, le réservoir 8 du corps de chauffe CC est ouvert en partie inférieure et comporte une culasse de fermeture 12, recevant un premier support 13 et reliée au neutre.To do this, the
Le support 13 comporte trois ouvertures traversantes recevant chacune trois bagues 14 en bakélite, chacune des bagues 14 étant fixée par un système à boulon 15 dans une ouverture traversante et recevant une première extrémité 111 d'une électrode 11.The
Les électrodes 11 présentent des secondes extrémités 112 qui sont reçues dans un support 80 placé à l'intérieur du réservoir 8, à son extrémité supérieure au voisinage de la sortie 10.The
Deux vis 16 fixent le premier support 13 à l'extrémité inférieure du réservoir 8 et la culasse vient coiffer l'extrémité inférieure et le support 13.Two
Conformément à l'invention, le corps de chauffe comporte une quatrième électrode 17 secondaire, reliée au neutre. La
Grâce à cette disposition, le champ électrique émis par les électrodes conductrices 11 s'étend davantage dans le réservoir 8 du corps de chauffe CC, car l'électrode secondaire placée au centre attire le champ émis par les électrodes conductrices 11. Or, l'étendu du champ électrique 20 est à l'origine de réchauffement de la solution ionique. Ainsi plus le champ électrique est étendu, plus le corps de chauffe est performant.Thanks to this arrangement, the electric field emitted by the
Grâce à cette disposition des électrodes selon l'invention, les performances du corps de chauffe sont augmentées d'au moins 10%.Thanks to this arrangement of the electrodes according to the invention, the performance of the heating body is increased by at least 10%.
Une autre configuration d'électrodes conductrices 11 et d'électrodes secondaires 17 reliées au neutre est montré en
Une électrode secondaire 17 est positionnée au centre de la figure géométrique formée par les électrodes conductrices 11, et- Trois autres électrodes secondaires 17 sont positionnées entre les électrodes conductrices et forment également un triangle équilatéral.
- A
secondary electrode 17 is positioned at the center of the geometric figure formed by theconductive electrodes 11, and - Three other
secondary electrodes 17 are positioned between the conductive electrodes and also form an equilateral triangle.
Ce mode de réalisation montré en
Le principe de fonctionnement du corps de chauffe est le suivant : un courant électrique monophasé ou triphasé est amené par les électrodes conductrices 11 dans la solution ionique. La solution ionique étant elle-même conductrice permet le passage du courant qui induit l'effet Joule : les porteurs de charges (les ions Na+ et Cl- dans notre exemple) en mouvement interagissent avec les molécules du milieu qui constituent alors un frein à leur déplacement. Pour transférer une quantité prédéterminée de courant électrique, il faut donc fournir une puissance supplémentaire qui sera dissipée lors des interactions entre les porteurs de charges et les molécules du milieu sous forme d'énergie thermique. Cette énergie est à l'origine de l'augmentation de température du milieu.The operating principle of the heating body is as follows: a single-phase or three-phase electric current is brought by the
Une telle situation peut également être à l'origine d'une autre réaction chimique du milieu qu'il faut éviter : l'oxydoréduction des électrodes du fait de l'application d'une tension élevée au niveau des électrodes.Such a situation can also be at the origin of another chemical reaction of the medium which must be avoided: the oxidation-reduction of the electrodes due to the application of a high voltage at the level of the electrodes.
Pour éviter ce phénomène, et conformément à l'invention, il peut être prévu de recouvrir les électrodes d'un matériau conducteur, comme par exemple le poly(3,4-éthylènedioxythiophène), connu sous le nom commercial PEDOT®.To avoid this phenomenon, and in accordance with the invention, provision may be made to cover the electrodes with a conductive material, such as, for example, poly (3,4-ethylenedioxythiophene), known under the trade name PEDOT®.
Le PEDOT® - parfois abrégé avec l'acronyme PEDT - est un polymère conducteur de type p (accélérateur d'électrons) constitués de monomères 3, 4 - éthylènedioxythiophène ou EDOT.PEDOT® - sometimes abbreviated with the acronym PEDT - is a p-type conductive polymer (electron accelerator) made up of 3, 4 - ethylenedioxythiophene or EDOT monomers.
C'est un composé organique à la fois conducteur et transparent plutôt stable (il peut donc être exposé à la lumière sans se dégrader trop vite), avec une largeur de bande interdite modérée (ce qui permet de capter une plus large gamme de longueurs d'onde), et un faible potentiel redox, ce qui permet de l'intégrer dans des structures composites sans déclencher de phénomènes de corrosion des autres matériaux organiques.It is an organic compound that is both conductive and transparent, rather stable (it can therefore be exposed to light without degrading too quickly), with a moderate forbidden bandwidth (which makes it possible to capture a wider range of lengths of light). 'wave), and a low redox potential, which makes it possible to integrate it into composite structures without triggering corrosion phenomena of other organic materials.
Ce revêtement forme une couche protectrice qui permet la conduction électrique tout en protégeant la surface des électrodes du phénomène d'oxydoréduction.This coating forms a protective layer which allows electrical conduction while protecting the surface of the electrodes from the redox phenomenon.
Pour encore augmenter les performances du corps de chauffe, l'invention prévoit d'y placer un élément en partie haute, au voisinage de la sortie 10 du corps de chauffe.To further increase the performance of the heating body, the invention provides for placing an element therein in the upper part, in the vicinity of the
Cet élément est montré en
Par ailleurs, l'élément déflecteur 18 présente une cavité 21 en forme de tronc de cône au centre de laquelle une ouverture centrale 22 est ménagée. L'ouverture centrale 22 vient au droit de l'ouverture de sortie 10 du réservoir 8 du corps de chauffe CC quand l'élément déflecteur 18 est placé dans le réservoir.Furthermore, the
Cet élément déflecteur 18 permet de créer un entonnoir autour de la sortie 10 du réservoir du corps de chauffe. Aussi, l'angle droit formé habituellement par la paroi supérieure 23 et la paroi latérale 24 du corps de chauffe est alors gommé, et la solution ionique chauffé ne s'engouffre plus dans cet angle : elle est orientée directement vers la sortie du réservoir 8.This
La solution ionique chauffée par le corps de chauffe est alors mieux guidée vers la sortie du corps de chauffe et les performances du corps de chauffe sont alors encore optimisées.The ionic solution heated by the heating body is then better guided towards the outlet of the heating body and the performance of the heating body is then further optimized.
On remarque que la cavité 21 en tronc de cône comprend des logements 25 pour accueillir des secondes extrémités 112 desdites électrodes conductrices 11 et éventuellement secondaires 17 et les maintenir suivant une direction parallèle à un axe central Z dudit corps de chauffe CC.Note that the
La cavité présente une surface qui fait un angle α de sensiblement 120° avec une direction parallèle à l'axe du corps de chauffe CC.The cavity has a surface which forms an angle α of approximately 120 ° with a direction parallel to the axis of the heating body CC.
L'élément déflecteur 18 remplace le support 80 dans l'exemple montré en
Enfin, on remarque que l'élément déflecteur 18 comprend, dans son ouverture 22 une pièce de centrage 26 qui est ajourée et qui présente en son centre un anneau 27 apte à recevoir la seconde extrémité 112 de l'électrode neutre 17 positionnée au centre de la forme géométrique formée par les électrodes conductrices 11.Finally, we note that the
Ainsi, la pièce de centrage 26 maintient l'électrode secondaire neutre 17 dans l'axe central du corps de chauffe CC.Thus, the centering
Ainsi réalisé, le corps de chauffe conforme à l'invention permet une meilleure répartition du champ électrique produit par les électrodes conductrices dans la solution ionique, et assure une bonne répartition de la solution ionique chauffée vers l'ouverture de sortie 10 du corps de chauffe : il est ainsi plus performant que les corps de chauffe des chaudières ioniques actuellement sur le marché.Thus produced, the heating body according to the invention allows a better distribution of the electric field produced by the conductive electrodes in the solution. ionic, and ensures a good distribution of the heated ionic solution towards the outlet opening 10 of the heating body: it is thus more efficient than the heating bodies of ionic boilers currently on the market.
Il va maintenant être fait référence à une chaudière perfectionnée conforme à l'invention qui a été représentée schématiquement sur les
Dans le cadre de ces exemples, la chaudière conforme à l'invention sert à la fois :
- à chauffer de l'eau sanitaire sensiblement de 10°C à sensiblement 60°C en utilisant un système de chauffe hybride. Un premier palier de température va atteindre sensiblement 45°C en mélangeant de l'eau froide (10°C) à l'eau d'un ballon (sensiblement 80°C). Puis, le second palier (60°C) est atteint par l'échange de chaleur du circuit primaire à l'eau sanitaire par l'échangeur EP, et
- à alimenter en fluide caloporteur un réseau de radiateurs R (chauffage) via le circuit secondaire.
- heating domestic water from substantially 10 ° C to substantially 60 ° C using a hybrid heating system. A first temperature level will reach approximately 45 ° C by mixing cold water (10 ° C) with water from a balloon (approximately 80 ° C). Then, the second level (60 ° C) is reached by the exchange of heat from the primary circuit to the domestic water by the EP exchanger, and
- supplying heat transfer fluid to a network of radiators R (heating) via the secondary circuit.
Dans cet exemple, la chaudière conforme à l'invention comporte un second ballon B dont la contenance est sensiblement de 50 L.In this example, the boiler according to the invention comprises a second tank B, the capacity of which is approximately 50 L.
La chaudière comporte également un second échangeur ER (appelé simplement échangeur à radiateurs) permettant de régler la température du fluide caloporteur circulant dans le système de chauffage (radiateurs par exemple).The boiler also includes a second exchanger ER (simply called a radiator exchanger) making it possible to adjust the temperature of the heat transfer fluid circulating in the heating system (radiators for example).
On note, sur la
Le ballon B de petite contenance est positionné en sortie de l'échangeur à plaques EP et une vanne tout ou rien VTOR est positionnée en sortie de l'échangeur à plaques, en amont du ballon B.The small capacity tank B is positioned at the outlet of the plate heat exchanger EP and an all-or-nothing valve VTOR is positioned at the outlet of the plate heat exchanger, upstream of the tank B.
De cette façon, toute la puissance peut passer soit dans l'échangeur à plaques EP, soit être partagée entre l'échangeur à plaques et l'échangeur à radiateurs.In this way, all the power can pass either through the EP plate heat exchanger, or be shared between the plate heat exchanger and the radiator heat exchanger.
Le ballon B a toute son importance dans ce circuit car il va permettre d'assurer la montée en température d'eau chaude sanitaire de 10°C à 60°C : le ballon d'eau chaude sanitaire se trouve dans la branche T5 et alimente en eau chaude l'échangeur EP et ainsi le circuit sanitaire S.Tank B is very important in this circuit because it will ensure the rise in domestic hot water temperature from 10 ° C to 60 ° C: the domestic hot water tank is located in branch T5 and supplies in hot water the heat exchanger EP and thus the sanitary circuit S.
L'eau contenu dans le ballon B est montée en température à 80°C soit par un 'échangeur à plaques externe (non illustré) soit par son propre échangeur qui est interne au ballon (sortie T7).The water contained in tank B is heated to 80 ° C. either by an external plate exchanger (not illustrated) or by its own exchanger which is internal to the tank (outlet T7).
Sur le tronçon T8 du réseau sanitaire, l'eau froide circule à environ 10°C.Un débitmètre DB illustre cette entrée d'eau froide.On section T8 of the sanitary network, cold water circulates at around 10 ° C. A DB flowmeter illustrates this cold water inlet.
Un mitigeur M1 permet de mélanger l'eau chaude à 80°C sortant du ballon B avec l'eau froide sanitaire pour obtenir une eau à 45°C dans le tronçon T5 qui ramène l'eau à l'échangeur à plaques EP. Il est ainsi possible de monter l'eau chaude sanitaire de 45°C à 60 °C au moyen de la chaudière car cela permet une utilisation de la chaudière uniquement en puisage, ce qui diminue la consommation électrique.A mixer M1 is used to mix the hot water at 80 ° C leaving tank B with cold sanitary water to obtain water at 45 ° C in section T5 which brings the water back to the EP plate exchanger. It is thus possible to raise domestic hot water from 45 ° C to 60 ° C by means of the boiler because this allows the boiler to be used only for drawing, which reduces electricity consumption.
Sur l'autre partie du réseau qui assure la montée en température du réseau de chauffage R, quand le ballon B a été rechargé et que nous sommes hors puisage sanitaire, la majorité des calories passe alors dans l'échangeur à radiateurs ER. Le contrôle de la température se fait alors par un jeu de débits entre les accélérateurs (ou pompe) P1 et P2. Le circuit d'eau chaude passe par le tronçon T3 pour alimenter les équipements divers.On the other part of the network which ensures the rise in temperature of the heating network R, when the tank B has been recharged and we are out of sanitary draw, the majority of the calories then pass into the radiator exchanger ER. The temperature is then controlled by a set of flow rates between the accelerators (or pump) P1 and P2. The hot water circuit passes through section T3 to supply the various equipment.
L'eau refroidie retourne vers l'échangeur à radiateurs ER via le tronçon T4 grâce à la présence d'une pompe P2. Un vase d'expansion VE est également prévu sur le tronçon T4 pour des raisons de sécurité et de bon fonctionnement du réseau de chauffage R.The cooled water returns to the radiator exchanger ER via section T4 thanks to the presence of a pump P2. An VE expansion vessel is also provided on section T4 for reasons of safety and proper operation of the R heating network.
Enfin, le tronçon T2 équipé d'une pompe P1 complète le réseau en entrée du corps de chauffe CC pour assurer une bonne circulation des fluides.Finally, section T2 equipped with a pump P1 completes the network at the inlet of the heating body CC to ensure good circulation of fluids.
Il va maintenant être fait référence à l'installation montrée en
Suivant cette installation, le ballon B est séparé des échangeurs à plaques EP et à radiateurs ER pour que chacun puisse travailler à sa valeur nominale.According to this installation, the tank B is separated from the EP plate exchangers and ER radiator exchangers so that each can work at its nominal value.
Le ballon B a pour consigne de travailler à 80°C alors que le reste travaille à 65°C.Balloon B is instructed to work at 80 ° C while the rest works at 65 ° C.
En T6, la sortie d'eau chaude sanitaire est toujours de 60°C.In T6, the domestic hot water outlet is always 60 ° C.
En T8, l'eau froide sanitaire arrive toujours au mitigeur à 10°C.In T8, the domestic cold water always arrives at the mixing valve at 10 ° C.
En T5, l'eau chaude arrive toujours à 45°C à l'échangeur à plaques.In T5, the hot water always arrives at 45 ° C at the plate heat exchanger.
La vanne VTOR permet soit de recharger le ballon B à 80°C soit d'alimenter les échangeurs sanitaire EP et à radiateurs ER.The VTOR valve is used either to recharge tank B at 80 ° C or to supply the EP sanitary exchangers and ER radiators.
L'installation montrée en
Une pompe P3 est prévue sur le tronçon T10 et commande le ballon B.A pump P3 is provided on section T10 and controls tank B.
Une autre pompe P4 est prévue sur le tronçon T9 et commande les échangeurs à plaques EP et à radiateurs ER qui travaillent sensiblement à la même température.Another pump P4 is provided on the section T9 and controls the plate heat exchangers EP and radiator ER which operate at substantially the same temperature.
T1 relie la sortie du corps de chauffe CC au dispositif de contrôle de pression atmosphérique.T1 connects the output of the CC heater to the atmospheric pressure control device.
Dans cette installation, il n'y a plus de pompe dans le tronçon T2 qui relie l'entrée du corps de chauffe CC à l'échangeur à radiateurs ER.In this installation, there is no longer a pump in section T2 which connects the inlet of the heating body CC to the radiator exchanger ER.
Les tronçons T3 à T8 sont par ailleurs les mêmes que ceux des deux installations précédentes, à savoir :
- T3 et T4 relient l'échangeur à radiateurs ER au réseau de chauffage R, T3 pour le fluide chaud et T4 pour le fluide refroidi.
- T5 relie le mitigeur M1 à l'échangeur à plaques EP en amenant le fluide à 45 °C.
- T6 relie l'échangeur à plaques EP au réseau sanitaire S (eau chaude à 60°C)
- T7 relie le ballon B au mitigeur M1 en apportant une eau à 80°C.
- T8 relie le réseau sanitaire au mitigeur M1 (eau froide à 10°C)
- T3 and T4 connect the radiator exchanger ER to the heating network R, T3 for the hot fluid and T4 for the cooled fluid.
- T5 connects the mixing valve M1 to the EP plate heat exchanger, bringing the fluid to 45 ° C.
- T6 connects the EP plate exchanger to the S sanitary network (hot water at 60 ° C)
- T7 connects tank B to mixer M1, supplying water at 80 ° C.
- T8 connects the sanitary network to mixer M1 (cold water at 10 ° C)
Cette installation permet de réaliser un amorçage et une température de consigne en fonction de nombreux cas nécessaires au fonctionnement de la chaudière en mode eau chaude sanitaire. Elle permet également de remplacer la vanne tout ou rien VTOR, qui est un élément moins fiable qu'une pompe (de plus, les pompes sont pilotables en débit).This installation makes it possible to carry out a priming and a setpoint temperature according to the many cases necessary for the operation of the boiler in domestic hot water mode. It also makes it possible to replace the VTOR all-or-nothing valve, which is less reliable than a pump (in addition, the pumps can be controlled in flow).
On comprend de ce qui précède comment l'invention permet de réalisation des économies d'énergie, grâce d'une part à la conception optimisée du corps de chauffe et d'autre part à la mise en œuvre d'un système hybride avec un ballon d'eau chaude B et le corps de chauffe permettant de limiter les pertes d'énergie dans la mise en œuvre de la chaudière.It will be understood from the foregoing how the invention enables energy savings to be achieved, on the one hand thanks to the optimized design of the heating body and on the other hand to the implementation of a hybrid system with a balloon. of hot water B and the heating body to limit energy losses when setting up the boiler.
Il devra être compris que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui a été spécifiquement décrit ou représenté sur les figures, et qu'elle s'étend à la mise en œuvre de tout moyen équivalent.It should be understood that the invention is not limited to the embodiment which has been specifically described or shown in the figures, and that it extends to the implementation of any equivalent means.
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