FR2593890A1

FR2593890A1 - Improved electric steam generator with water jets

Info

Publication number: FR2593890A1
Application number: FR8601027A
Authority: FR
Inventors: Bernard Contour
Original assignee: CALIQUA
Current assignee: CALIQUA
Priority date: 1986-01-24
Filing date: 1986-01-24
Publication date: 1987-08-07
Also published as: FR2593890B1

Abstract

In this jet-type generator, in which the current circulates in jets of water formed between outlets 10, 13 and a reservoir 6 subjected to a potential difference, there is provided for each jet a flow guide member 12, 18 made of a non-conducting material in order to ensure an uninterrupted flow whatever the rate of flow. The aim is to eliminate the phenomenon of decomposition of the water under the effect of electric arcs appearing in an interrupted jet.

Description

La présente invention est relative aux générateurs électriques de vapeur d'eau, à jets. The present invention relates to electric water vapor generators, with jets.

On connaît déjà des générateurs de vapeur d'eau du type à jets dans -lesquels le courant circule dans des jets d'eau établis entre des électrodes métalliques soumises à une différence de potentiel. Water vapor generators of the jet type are already known in which the current circulates in water jets established between metal electrodes subjected to a potential difference.

Dans les générateurs de ce type, des jets d'eau sont issus d'un déversoir constituant une électrode raccordée à la masse métallique de la chaudière et viennent frapper une seconde électrode qui est habituellement une plaque ou un autre déversoir, les jets d'eau étant habituellement obliques. Cette seconde électrode est raccordée par l'intermédiaire d'une traversée isolante à une phase du réseau électrique. Les réseaux électriques de puissance étant très généralement triphasés, les plaques ou déversoirs-électrodes sont au nombre de trois ou six et raccordées unitairement ou par paires à chacune des phases du réseau triphasé. La masse métallique de la chaudière constitue un point neutre par rapport à ces trois phases et est raccordée à la terre. In generators of this type, water jets come from a weir constituting an electrode connected to the metallic mass of the boiler and strike a second electrode which is usually a plate or other weir, the water jets usually being oblique. This second electrode is connected via an insulating bushing to a phase of the electrical network. Power electrical networks being very generally three-phase, the plates or weirs-electrodes are three or six in number and connected individually or in pairs to each of the phases of the three-phase network. The metallic mass of the boiler constitutes a neutral point with respect to these three phases and is connected to earth.

Après avoir frappé les électrodes, l'eau retourne à la réserve d'eau contenue dans la partie inférieure de la chaudière. After striking the electrodes, the water returns to the water reserve contained in the lower part of the boiler.

I1 est généralement prévu sous la surface de cette réserve des contre-électrodes constituées de pièces métalliques raccordées au réservoir de la chaudière. I1 is generally provided under the surface of this reserve of counter-electrodes consisting of metal parts connected to the boiler tank.

L'eau étant rendue conductrice par des sels dissous, le courant circule entre le déversoir supérieur et les électrodes raccordées au réseau d'une part, et entre ces électrodes et les contre-électrodes d'autre part. Par effet Joule, l'eau s'échauffe et se vaporise de sorte que les jets sont constitués d'une émulsion d'eau et de vapeur. The water being made conductive by dissolved salts, the current flows between the upper overflow and the electrodes connected to the network on the one hand, and between these electrodes and the counter-electrodes on the other hand. By the Joule effect, the water heats up and vaporizes so that the jets consist of an emulsion of water and steam.

Les constructeurs de ce type de chaudière estiment qu'environ un tiers de la chaleur est produite dans les jets obliques issus du déversoir supérieur et deux tiers dans les jets d'eau désordonnés qui retombent dans la réserve après avoir frappé les électrodes. The manufacturers of this type of boiler estimate that approximately one third of the heat is produced in the oblique jets coming from the upper spillway and two thirds in the disordered jets of water which fall back into the reserve after striking the electrodes.

L'analyse de la vapeur issue de ce type de chaudière montre qu'elle contient de l'oxygène et de l'hydrogène en proportions importantes. L'oxygène sous forme gazeuse pas plus que l'hydrogène n'attaque les canalisations en acier. Par contre, au niveau des appareils utilisateurs, ces gaz se concentrent dans la phase vapeur et diminuent ainsi la pression de la vapeur d'eau réduisant ainsi la température et les transferts thermiques. De plus, tout ou partie de l'oxygène apporté par la vapeur passe dans les condensats et il est bien connu que des condensats contenant de l'oxygène corrodent les canalisations dans lesquelles ils sont acheminés. Analysis of the steam from this type of boiler shows that it contains oxygen and hydrogen in significant proportions. Oxygen in gaseous form no more than hydrogen attacks steel pipes. On the other hand, at the level of the user devices, these gases concentrate in the vapor phase and thus decrease the pressure of the water vapor thus reducing the temperature and the heat transfers. In addition, all or part of the oxygen supplied by the vapor passes into the condensates and it is well known that condensates containing oxygen corrode the pipes in which they are conveyed.

La cause de la présence d'oxygène et d'hydrogène dans la vapeur est la décomposition de l'eau par un phénomène d'arc électrique, ce qui s'explique de la manière suivante
- un jet d'eau continu de résistance R reliant deux électrodes entre lesquelles règne une différence de
v potentiel V est le siège d'un courant I R VR . Le potentiel varie de manière continue le long du jet, linéaire si le jet est de section constante. Si, pour une raison quelconque, par exemple un débit insuffisant, le jet se trouve interrompu, il apparait de part et d'autre de la rupture une différence de potentiel qui n'est limitée que par celle régnant entre les électrodes. I1 s'ensuit inévitablement l'apparition d'un arc électrique. Ce phénomène se produit lorsque les jets sont peu nourris ou anarchiques.The cause of the presence of oxygen and hydrogen in the vapor is the decomposition of water by an electric arc phenomenon, which can be explained as follows
- a continuous water jet of resistance R connecting two electrodes between which there is a difference of
v potential V is the seat of an IR VR current. The potential varies continuously along the jet, linear if the jet is of constant section. If, for any reason, for example an insufficient flow, the jet is interrupted, there appears on either side of the rupture a potential difference which is only limited by that prevailing between the electrodes. I1 inevitably follows the appearance of an electric arc. This phenomenon occurs when the jets are poorly fed or anarchic.

La présente invention a pour but d'éviter la décomposition de l'eau provoquée par l'apparition d'arcs électriques. The present invention aims to avoid the decomposition of water caused by the appearance of electric arcs.

Suivant l'invention, il est prévu des moyens non conducteurs de l'électricité pour le guidage de l?écoulement de chacun des jets d'eau dans le trajet de chaque phase. According to the invention, means are provided which do not conduct electricity for guiding the flow of each of the water jets in the path of each phase.

D'une façon avantageuse, lesdits moyens de guidage d'écoulement sont constitués par des fils, tiges, barres, gouttières ou autres en une matière plastique appropriée, par exemple en PTFE. Advantageously, said flow guide means consist of wires, rods, bars, gutters or the like made of a suitable plastic material, for example PTFE.

Ces moyens de guidage permettent au jets d'être soutenus sur tout leur trajet grâce en particulier aux phénomènes de tension superficielle. A faible débit, ils sont également ralentis grâce aux phénomènes de viscosité,
Il résulte de ces deux effets qu'il faut arriver à un écoulement goutte à goutte pour que le filet d'eau soit interrompu. Le débit goutte à goutte représente une fraction infinitésimale du débit normal du jet et sa probabilité d'apparition est elle-même infinitésimale.These guide means allow the jets to be supported over their entire path thanks in particular to surface tension phenomena. At low flow rates, they are also slowed down thanks to viscosity phenomena,
It follows from these two effects that it is necessary to arrive at a drip flow for the stream of water to be interrupted. The drop by drop flow represents an infinitesimal fraction of the normal flow of the jet and its probability of appearance is itself infinitesimal.

En conséquence, on peut affirmer qu'entre le déversoir et le bassin intermédiaire d'une part, et le bassin intermédiaire et la réserve d'eau d'autre part, l'eau s'écoule en permanence en jets ou filets continus.Consequently, it can be affirmed that between the weir and the intermediate basin on the one hand, and the intermediate basin and the water reserve on the other hand, the water flows continuously in jets or continuous nets.

La description qui va suivre en regard des dessins annexés à titre d'exemple non limitatif permettra de bien comprendre comment l'invention peut etre mise en pratique. The following description with reference to the accompanying drawings by way of non-limiting example will make it possible to understand clearly how the invention can be put into practice.

La figure 1 est une vue en section verticale d'un générateur de vapeur ou d'eau surchauffée selon l'invention. Figure 1 is a vertical sectional view of a steam or superheated water generator according to the invention.

La figure 2 est une vue de détail de l'agencement interne du générateur de la figure 1. FIG. 2 is a detailed view of the internal arrangement of the generator of FIG. 1.

La figure 3 est une vue en section verticale d'un autre générateur auquel est appliquée l'invention. Figure 3 is a vertical sectional view of another generator to which the invention is applied.

La figure 4 est une vue de détail de l'agencement interne du générateur de la figure 3. FIG. 4 is a detailed view of the internal arrangement of the generator of FIG. 3.

En se référant à la figure 1, le générateur de vapeur selon 11 invention comprend un réservoir 1, une arrivée d'eau alimentaire 2, un départ de vapeur 3. Une vanne régulatrice 4 maintient constant le niveau de la surface 5 de l'eau séparant la réserve d'eau 6 de la phase vapeur 7. Le générateur est représenté à l'arret. Referring to FIG. 1, the steam generator according to the invention comprises a reservoir 1, an inlet for drinking water 2, a steam outlet 3. A regulating valve 4 keeps the level of the surface 5 of the water constant separating the water reserve 6 from the vapor phase 7. The generator is shown at a standstill.

Une pompe 8 entrainée par un moteur 9 alimente un déversoir 10 relié à la masse métallique du réservoir 1 avec l'eau contenue dans la réserve 6. Le débit de la pompe 8 est réglable d'une façon quelconque connue. A pump 8 driven by a motor 9 feeds a weir 10 connected to the metallic mass of the tank 1 with the water contained in the reserve 6. The flow rate of the pump 8 is adjustable in any known manner.

Le déversoir 10 comporte des ajutages 11 permettant l'écoulement de l'eau. Suivant l'invention, chacun de ces ajutages est prolongé par un organe de guidage d'écoulement 12 qui, dans l'exemple repré- senté, est constitué par une gout-tière incurvée,suivant la forme générale du jet, réalisée en une matière non conductrice, par exemple en PTFE. The weir 10 has nozzles 11 allowing the water to flow. According to the invention, each of these nozzles is extended by a flow guide member 12 which, in the example shown, consists of a curved gutter, according to the general shape of the jet, made of a material non-conductive, for example PTFE.

Un bassin métallique 13 séparé en deux parties par un déflecteur 14 est relié à l'une des phases du réseau électrique par l'intermédiaire d'un support conducteur 15 et d'une traversée isolante 16. A metal basin 13 separated into two parts by a deflector 14 is connected to one of the phases of the electrical network by means of a conductive support 15 and an insulating bushing 16.

L'une de ces parties recueille l'eau en provenance du déversoir 10, l'autre alimente des ajutages 17 permettant l'écoulement de l'eau. Chacun de ces ajutages est prolongé par une tige ou un fil isolant 18 de guidage d'écoulement. One of these parts collects the water coming from the weir 10, the other feeds nozzles 17 allowing the water to flow. Each of these nozzles is extended by an insulating rod or wire 18 for guiding the flow.

Une contre-électrode 19 reliée à la masse métallique du réservoir 1 est disposée à une faible distance sous la surface 5 de la réserve d'eau, au droit des tiges ou fils 18 de guidage. A counter-electrode 19 connected to the metallic mass of the reservoir 1 is placed a short distance below the surface 5 of the water reserve, in line with the guide rods or wires 18.

La figure 2 montre le fonctionnement lorsque la pompe 8 est mise en service. L'eau puisée dans la réserve 6 alimente le déversoir 10 et le bassin 13 avant de revenir à la réserve pour la partie qui n'a pas été vaporisée. Les ajutages 11 sont étagés verti salement, de même que le niveau supérieur, formant avaloir , des ajutages 17. FIG. 2 shows the operation when the pump 8 is put into service. The water drawn from the reserve 6 feeds the weir 10 and the basin 13 before returning to the reserve for the part which has not been vaporized. The nozzles 11 are vertically stepped, as is the upper level, forming a drain, of the nozzles 17.

A mesure que le débit de la pompe augmente, il se forme un nombre croissant de jets 20 et 21 de telle sorte que la résistance R opposée à la circulation du courant électrique diminue et que la puissance U2 délivrée P augmente selon la loi P = R
Comme on l'a exposé plus haut, la continuité des jets d'eau est assurée quel que soit leur débit grâce aux guides isolants d'écoulement 12 et 18. Ces guides sont normalement disposés de façon que leurs extrémités plongent respectivement dans l'eau du bassin 13 et de la réserve 6.As the flow rate of the pump increases, an increasing number of jets 20 and 21 are formed so that the resistance R opposed to the flow of electric current decreases and the power U2 delivered P increases according to the law P = R
As explained above, the continuity of the water jets is ensured whatever their flow rate thanks to the insulating flow guides 12 and 18. These guides are normally arranged so that their ends plunge into the water respectively. basin 13 and reserve 6.

Le déflecteur 14 du bassin 13 a pour rôle de permettre au niveau de l'eau de la partie qui alimente les ajutages 17 d'être stable, donc d'assurer une alimentation continue de ces derniers, malgré les remous provoqués par les jets qui arrivent dans l'autre partie. The role of the deflector 14 of the basin 13 is to allow the water level of the part which feeds the nozzles 17 to be stable, therefore to ensure a continuous supply of the latter, despite the eddies caused by the jets which arrive in the other part.

La figure 3 montre un mode de réalisation légèrement différent, dans lequel les éléments ou organes analogues à ceux de l'exemple de la figure 1 sont désignés par les mêmes références. FIG. 3 shows a slightly different embodiment, in which the elements or members similar to those of the example in FIG. 1 are designated by the same references.

Ce mode de réalisation diffère du précédent uniquement en ce qui concerne le déversoir-électrode supérieur 40 disposé à la verticale au-dessus du bassinélectrode 13 et qui est constitué par un bassin à fond plat séparé en deux parties par un déflecteur 60 pour assurer un débit constant d'ajutages 41 de niveaux d'entrée différents fixés à travers son fond. This embodiment differs from the previous one only with regard to the overflow electrode 40 disposed vertically above the electrode pool 13 and which is constituted by a flat bottom pool separated into two parts by a deflector 60 to ensure a flow constant of nozzles 41 of different input levels fixed across its bottom.

Des organes 42 de guidage d'écoulement sont fixés dans les ajutages 41 et s'étendent vers le bas pour plonger dans l'eau contenue dans le bassinélectrode 13. Ces organes sont, dans cet exemple, de simples tiges en matière plastique disposées verticalement. Flow guide members 42 are fixed in the nozzles 41 and extend downward to plunge into the water contained in the electrode basin 13. These members are, in this example, simple plastic rods arranged vertically.

La figure 4 est analogue à la figure 2 et montre de façon similaire le fonctionnement du générateur. Figure 4 is similar to Figure 2 and similarly shows the operation of the generator.

L'eau puisée dans la réserve 6 alimente le déversoir-électrode supérieur 40 et le bassin-électrode intermédiaire 13 avant de revenir à la réserve 6 pour la partie qui n'a pas été vaporisée. Les avaloirs des ajutages 41 et 17 sont étagés verticalement. The water drawn from the reserve 6 feeds the upper electrode overflow 40 and the intermediate electrode basin 13 before returning to the reserve 6 for the part which has not been vaporized. The drains of the nozzles 41 and 17 are stepped vertically.

A mesure que le débit de la pompe augmente, il se forme un nombre croissant de jets verticaux 50 et 51 de telle sorte que la résistance R opposée à la circulation de courant électrique diminue et que la puissance délivrée P augmente selon la loi P =
R
Comme on l'a exposé plus haut, la continuité des jets d'eau est assurée quel que soit leur débit grâce aux guide-jets isolants 42 et 18. Ces guides sont normalement disposés de façon que leurs extrémités plongent respectivement dans l'eau du bassin intermédiaire 13 et dans l'eau de la réserve 6. As the pump flow increases, an increasing number of vertical jets 50 and 51 are formed so that the resistance R opposed to the flow of electric current decreases and the power delivered P increases according to the law P =
R
As explained above, the continuity of the water jets is ensured regardless of their flow rate thanks to the insulating jet guides 42 and 18. These guides are normally arranged so that their ends plunge respectively into the water of the intermediate basin 13 and in the reserve water 6.

On comprend que la description ci-dessus concerne l'agencement propre à une phase. Dans le cas d'une alimentation triphasée, le nombre d'agencement est à multiplier par trois, ou un multiple de trois, seuls la pompe, le déversoir ou bassin supérieur, et bien entendu le réservoir 1 pouvant être communs aux trois phases. It is understood that the description above relates to the arrangement specific to a phase. In the case of a three-phase supply, the number of arrangements is to be multiplied by three, or a multiple of three, only the pump, the overflow or upper basin, and of course the tank 1 can be common to the three phases.

Claims

1.- Steam generator of the type comprising in a closed container means for establishing water jets circulating between electrodes having a potential difference, characterized in that it comprises non-conductive means (12, 18 , 42) for guiding each of the water jets, in the path of each phase.

2.- Generator according to claim 1, characterized in that said guide means are electrically non-conductive members in the form of rods, bars, son l42, 18) or gutters (12).

3.- Generator according to claims 1 or 2, characterized in that said non-conductive flow guide members (12, 18, 42) extend from each basin or weir electrode (10, 13, 40) so as to plunge into the basin or spillway electrode located immediately below in the path of each phase.

4.- Generator according to any one of claims 1 to 3, characterized in that said flow guide members (12, 18, 42) are made of PTFE.