FR2604846A1

FR2604846A1 - Direct-conduction electrothermal generator

Info

Publication number: FR2604846A1
Application number: FR8613836A
Authority: FR
Inventors: Georges Ferry
Original assignee: Electricite de France SA
Current assignee: Electricite de France SA
Priority date: 1986-10-03
Filing date: 1986-10-03
Publication date: 1988-04-08
Anticipated expiration: 2006-10-03
Also published as: FR2604846B1

Abstract

It comprises a vessel 2, 4, a liquid to be heated contained in the said vessel, at least one electrode 36 and at least one counter-electrode 26 immersed in the said liquid to be heated 8, means for connecting the electrode and the counter-electrode to an electrical current supply source. Electrically resistive elements 30, made at least partially from an insulating material, are arranged in the said vessel 4 between the electrode and the counter-electrode.

Description

GENERATEUR ELECTROTHERMIQUE A CONDUCTION DIRECTE
DESCRIPTION
La présente invention a pour objet un générateur electrothermique à conduction directe.DIRECT CONDUCTION ELECTROTHERMAL GENERATOR
DESCRIPTION
The present invention relates to an electrothermal generator with direct conduction.

On contact actuellement deux procédés utilisant L'énergie électrique pour chauffer un fluide. Selon un premier procédé, le fluide est chauffé de manière indirecte par une surface d'échange elle-meme chauffée électriquement et qui transmet L'énergie thermique au fluide à chauffer ou à vaporiser par conduction et par convection. Selon un autre procédé, le fluide est chauffé directement sans surface d'échange intermédiaire. Ce fluide, par exemple de l'eau, constitue une résistance électrique au travers de laquelle on fait circuler un courant qui échauffe le fluide directement par effet Joule. We are currently contacting two processes using electrical energy to heat a fluid. According to a first method, the fluid is heated indirectly by an exchange surface which is itself electrically heated and which transmits thermal energy to the fluid to be heated or vaporized by conduction and by convection. According to another method, the fluid is heated directly without an intermediate exchange surface. This fluid, for example water, constitutes an electrical resistance through which a current is circulated which heats the fluid directly by the Joule effect.

Toutefois, pour que le procédé de chauffage direct du fluide puisse être mis en oeuvre, il est nécessaire que certaines relations entre les dimensions géométriques du générateur électrothermique et la conductivité électrique du fluide à chauffer soient respectées. Ces relations conduisent souvent à des difficultés, parfois à des impossibilités. Par exemple, les chaudières à électrodes immergées répondant à ce procédé ne peuvent pas chauffer une eau dont la conductivité est supérieure à une valeur égale à environ 100 micro Siemens par centimètre (1 Siemens=1SL ). Un fluide tel que Le lait, présentant une conductivité élevée, conduit à donner au générateur électrothermique des dimensions importantes qui se répercutent sur le coût de L'appareil. However, for the direct heating process of the fluid to be implemented, it is necessary that certain relationships between the geometrical dimensions of the electrothermal generator and the electrical conductivity of the fluid to be heated are observed. These relationships often lead to difficulties, sometimes to impossibilities. For example, boilers with submerged electrodes responding to this process cannot heat water whose conductivity is greater than a value equal to approximately 100 micro Siemens per centimeter (1 Siemens = 1SL). A fluid such as Milk, having a high conductivity, results in giving the electrothermal generator large dimensions which have repercussions on the cost of the apparatus.

La présente invention a precisément pour objet un générateur électrothermique qui permet de remédier à ces inconvénients. Dans ce but, le générateur électrothermique de
L'invention à conduction directe comprend une cuve, un liquide à échauffer contenu dans ladite cuve, une électrode et une contreélectrode plongeant dans ledit liquide à échauffer, des moyens pour raccorder L'électrode et la contre-électrode à une source d'alimentation en courant électrique. Il est caractérisé en ce que des éléments très résistants électriquenent, réalisés au moins partiellement en un matériau isolant sont disposés dans ladite cuve entre l'étectrode et la contre-électrode.The present invention specifically relates to an electrothermal generator which overcomes these drawbacks. For this purpose, the electrothermal generator of
The direct conduction invention comprises a tank, a liquid to be heated contained in said tank, an electrode and a counterelectrode immersed in said liquid to be heated, means for connecting the electrode and the counterelectrode to a supply source in Electric power. It is characterized in that very resistant electric elements, produced at least partially in an insulating material are placed in said tank between the electrode and the counter electrode.

Grâce à la présence de ces éléments réalisés en un matériau isolant, La resistance électrique du milieu entre l'électrode et La contre-électrode est augmentée parce que la section de passage disponible pour la circulation de ce courant est diminuée. D'autre part, il est possible d'ajuster cette résistance électrique en faisant varier la quantité d'éléments isolants que l'on dispose entre L'électrode et la contreélectrode. Il va de soi que plus le volume des éléments isolants est important par rapport au volume du fluide, plus la résistance électrique offerte sera élevée, étant donné que la résistance électrique de ces éléments est supérieure à celle du fluide. Thanks to the presence of these elements made of an insulating material, the electrical resistance of the medium between the electrode and the counter electrode is increased because the passage section available for the circulation of this current is decreased. On the other hand, it is possible to adjust this electrical resistance by varying the quantity of insulating elements that are available between the electrode and the counterelectrode. It goes without saying that the larger the volume of the insulating elements relative to the volume of the fluid, the higher the electrical resistance offered, since the electrical resistance of these elements is greater than that of the fluid.

On peut donner aux éléments des formes diverses par exemple la forme ' de tubes, de sphères, d'anneaux de Rashing, comme ceux utilisés dans les colonnes de distillation du pétrole. The elements can be given various forms, for example the form of tubes, spheres, Rashing rings, like those used in petroleum distillation columns.

Ces éléments permettent également de stocker l'énergie thermicJe qui pourra être restituée ensuite au fluide à échauffer.These elements also make it possible to store the thermal energy which can then be returned to the fluid to be heated.

Les éléments isolants peuvent être réalisés entièrement en un matériau isolant, (téflon, verre, porcelaine) ou bien etre constitués d'un matériau conducteur, tel que l'acier, incxydable recouvert d'un matériau isolant, par exemple le Téflon. Ces éléments présentent une plus grande dimension qui est de l'ordre de quelques millimètres à quelques centimètres. The insulating elements can be made entirely of an insulating material (teflon, glass, porcelain) or else be made of a conductive material, such as stainless steel, covered with an insulating material, for example Teflon. These elements have a larger dimension which is of the order of a few millimeters to a few centimeters.

D'autres caractéristiques et avantages de L'invention apparattront à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre illustratif et nullement limitatif en référence aux figures annexées, sur lesquelles :
- la figure 1 est une vue en coupe et en élévation d'un générateur électrothermique à conduction directe, réalisé conformément à L'invention ;
- la figure 2 est une,vue en coupe selon la ligne 11-11 du générateur électrothermique représenté sur la figure 1.Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the following description of an exemplary embodiment given by way of illustration and in no way limitative with reference to the appended figures, in which:
- Figure 1 is a sectional and elevational view of a direct conduction electrothermal generator, produced in accordance with the invention;
- Figure 2 is a, sectional view along line 11-11 of the electrothermal generator shown in Figure 1.

Le générateur électrothermique représente sur la figure 1 comprend une cuve externe 2 et une cuve interne 4 située à
L'intérieur de la cuve externe 2. Dans L'exemple de réalisation décrit, la cuve externe 2 doit etre fermée étant donne que le générateur est adapté à La production de vapeur. Toutefois, dans
Le cas d'un générateur destiné à seulement échauffer un liquide, la cuve externe pourrait être ouverte.The electrothermal generator represented in FIG. 1 comprises an external tank 2 and an internal tank 4 located at
The interior of the external tank 2. In the example of embodiment described, the external tank 2 must be closed since the generator is suitable for producing steam. However, in
In the case of a generator intended only to heat a liquid, the external tank could be opened.

Comme on le constate, la cuve interne 4 est si tuée sensiblement à mi-hauteur à l'intérieur de La cuve externe, de manière à délimiter au-dessous du fond 4a de la cuve interne un espace libre disponible pour recevoir une quantité de liquide à échauffer 6 introduite par une canalisation 7 d'alimentation sur laquelle est intercalée une vanne modulante 10. Dans l'exemple décrit, le liquide est constitué par de l'eau. Une canalisation 12 est raccordée au fond 2a de la cuve externe. La canalisation 12 aboutit à une pompe de circulation 14 entrafnée par exemple par un moteur électrique 16. A la sortie de la pompe 14, une canalisation 18 sur laquelle est intercalée une vanne modulante 20 traverse le fond 2a de La cuve externe puis est raccordée au fond 4a de la cuve interne 4.Les canalisations 12 et 18 permettent de faire circuler le fluide du fond de la cuve externe vers la cuve interne, comme schématisé par les flèches 22. As can be seen, the internal tank 4 is killed substantially at mid-height inside the external tank, so as to delimit below the bottom 4a of the internal tank a free space available to receive a quantity of liquid to be heated 6 introduced by a supply pipe 7 on which a modulating valve 10 is inserted. In the example described, the liquid consists of water. A pipe 12 is connected to the bottom 2a of the external tank. The pipe 12 leads to a circulation pump 14 driven for example by an electric motor 16. At the outlet of the pump 14, a pipe 18 on which a modulating valve 20 is inserted, crosses the bottom 2a of the external tank then is connected to the bottom 4a of the internal tank 4.The pipes 12 and 18 make it possible to circulate the fluid from the bottom of the external tank to the internal tank, as shown schematically by the arrows 22.

De préférence, la sortie de la canalisation 18 et l'entrée de la canalisation 9 sont équipées de filtres ou de tamis 13 destinés à retenir les éventuels éléments isolants 30 qui auraient quitté la contre-électrode. Preferably, the outlet of the pipe 18 and the inlet of the pipe 9 are equipped with filters or screens 13 intended to retain any insulating elements 30 which have left the counter-electrode.

Au moins un dispositif chauffant est prévu à L'intérieur de la cuve interne 4. Dans L'exemple de réalisation décrit, comme on peut le voir sur la figure 2, qui représente une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1, trois éléments chauffants identiques 24 sont prevus. Chaque élément 24 est constitué d'un panier cylindrique 26 comportant un fond 28 perforé. Les perforations du fond sont inférieures à la plus petite dimension des éléments isolants 30 contenus dans le panier 24. Ce panier 24 plonge dans une quantité de Liquide 8 contenue
dans la cuve interne 4.Un appareil 32 de mesure du niveau d'eau,
situe à l'extérieur de la cuve externe 2, permet de visualiser et de surveiller le niveau libre du liquide 8 contenu dans la cuve
interne 4, tandis qu'un second appareil de mesure du niveau de
L'eau référencé 34, permet de surveiller le niveau libre de L'eau 6 contenue à la partie inférieure de la cuve externe 2. Une pluralité de tiges 36, formant des doigts solidaires d'une plaque 38 et disposées en cercle, comme on peut le voir sur la figure 2, pénètre dans les éléments isolants 30 pratiquement j jusqu jusqu'à proximité du fond 28. Les tiges 36 et la plaque 38 sont
conducteurs de l'électricité. Ils sont reliés à une source d'alimentation en courant électrique par une tige 40.Un manchon
isolant 42 est prévu autour de la tige afin de l'isoler électriquement de la cuve externe 2. Dans l'exemple de
réalisation représenté, chacun des trois éléments chauffants identiques 24 est relié à l'une des phases d'une source de courant triphasé. Les tiges 36 constituent une électrode, tandis que la cuve 26 de l'élément chauffant constitue une contreélectrode reliée électriquement au point neutre de la source de courant triphasé branchement en étoile).At least one heating device is provided inside the internal tank 4. In the exemplary embodiment described, as can be seen in FIG. 2, which represents a sectional view along line II-II of the figure 1, three identical heating elements 24 are provided. Each element 24 consists of a cylindrical basket 26 having a perforated bottom 28. The perforations in the bottom are less than the smallest dimension of the insulating elements 30 contained in the basket 24. This basket 24 plunges into a quantity of Liquid 8 contained
in the internal tank 4.A device 32 for measuring the water level,
located outside the external tank 2, makes it possible to view and monitor the free level of the liquid 8 contained in the tank
internal 4, while a second device for measuring the level of
The water referenced 34 makes it possible to monitor the free level of the water 6 contained in the lower part of the external tank 2. A plurality of rods 36, forming fingers integral with a plate 38 and arranged in a circle, as can see in Figure 2, enters the insulating elements 30 practically until near the bottom 28. The rods 36 and the plate 38 are
conductors of electricity. They are connected to an electric current supply source by a rod 40.
insulator 42 is provided around the rod in order to electrically isolate it from the external tank 2. In the example of
embodiment shown, each of the three identical heating elements 24 is connected to one of the phases of a three-phase current source. The rods 36 constitute an electrode, while the tank 26 of the heating element constitutes a counterelectrode electrically connected to the neutral point of the three-phase current source star connection).

Comme on le remarque, les paniers cylindriques 26 de chacun des paniers 24 sont en contact L'uni avec l'autre. Ils sont donc reliés électriquement par l'intermédiaire de la paroi périphérique de la cuve interne 4 et par contact direct. Cette paroi périphérique de la cuve interne 4 étant elle-même en contact avec la masse de la cuve interne 2, on voit que les contre-électrodes 24 sont ainsi mises mécaniquement en contact avec la masse du générateur. As noted, the cylindrical baskets 26 of each of the baskets 24 are in contact with one another. They are therefore electrically connected via the peripheral wall of the internal tank 4 and by direct contact. This peripheral wall of the internal tank 4 being itself in contact with the mass of the internal tank 2, it can be seen that the counter-electrodes 24 are thus brought mechanically into contact with the mass of the generator.

En cas d'alimentation en courant monophasé, il est nécessaire de prévoir une liaison électrique de la contreélectrode à la seconde phase du réseau. In the case of a single-phase current supply, it is necessary to provide an electrical connection from the counterelectrode to the second phase of the network.

Une canalisation de vidange 9 qui peut être obturée par une vanne modulante 11 est également prévue sur le fond 4a de La cuve interne afin de permettre le passage du fluide de la cuve interne vers la partie inférieure de la cuve externe. A drain pipe 9 which can be closed by a modulating valve 11 is also provided on the bottom 4a of the internal tank in order to allow the passage of the fluid from the internal tank to the lower part of the external tank.

Une canalisation 44 d'évacuation de la vapeur est prévue à la partie supérieure de la cuve externe 2. Cette canalisation peut etre fermée par une vanne 46. A pipe 44 for evacuating steam is provided at the upper part of the external tank 2. This pipe can be closed by a valve 46.

Le fonctionnement du générateur qui vient d'etre décrit est le suivant :
L'eau à vaporiser est introduite à la partie inférieure de la cuve externe 2 par la canalisation d'alimentation 7, puis dans la cuve interne 4 par les canalisations 12 et 18 sous l'effet de la pompe de circulation 14, la vanne 20 etant ouverte et la vanne 11 fermée. Le niveau du liquide monte dans la cuve interne jusqu'à une valeur voulue choisie de manière à obtenir une résistance électrique déterminée.En effet, il va de soi que plus Le niveau de l'eau est élevé dans La cuve interne, plus la section de passage offerte au courant est importante, car, la vapeur n'étant pas conductrice de l'électricité, le courant peut passer seulement à travers l'eau. On pourrait également obtenir le meme effet en faisant varier la quantité d'élements résistants 30 disposés dans le panier 26 en faisant varier leur hauteur.The operation of the generator which has just been described is as follows:
The water to be vaporized is introduced into the lower part of the external tank 2 by the supply pipe 7, then into the internal tank 4 by the pipes 12 and 18 under the effect of the circulation pump 14, the valve 20 being open and the valve 11 closed. The level of the liquid rises in the internal tank to a desired value chosen so as to obtain a determined electrical resistance. Indeed, it goes without saying that the higher the water level in the internal tank, the more the section of passage offered to the current is important because, since the vapor does not conduct electricity, the current can only pass through the water. The same effect could also be obtained by varying the quantity of resistant elements 30 placed in the basket 26 by varying their height.

Si, au cours du fonctionnement, on souhaite réduire le niveau d'eau à l'intérieur de la cuve interne, on ouvre la vanne 11 et on ferme la vanne 20. L'eau passe alors de la cuve interne vers la cuve externe et la résistance électrique offerte au courant augmente. Si au contraire on souhaite augmenter à nouveau le niveau de l'eau, il suffit de fermer la vanne il et d'ouvrir la vanne 20 pour injecter une nouvelle quantité de fluide dans la cuve interne. If, during operation, it is desired to reduce the water level inside the internal tank, the valve 11 is opened and the valve 20 is closed. The water then passes from the internal tank to the external tank and the electrical resistance offered to the current increases. If on the contrary it is desired to increase the water level again, it suffices to close the valve il and to open the valve 20 to inject a new quantity of fluid into the internal tank.

L'eau s'échauffe par effet Joule sous l'effet du courant circulant entre l'électrode et La contre-électrode. La vapeur produite est évacuée par la canalisation de décharge 44. The water heats up by Joule effect under the effect of the current circulating between the electrode and the counter-electrode. The steam produced is discharged through the discharge line 44.

Une soupape de sûreté 48 est prévue sur la cuve pour permettre de limiter la pression à L'intérieur de cette dernière en cas de surpression.A safety valve 48 is provided on the tank to allow the pressure inside the latter to be limited in the event of overpressure.

Le dispositif chauffant 24 réalisé suivant L'invention permet également une restitution de chaleur lors des demandes de vapeur, le transfert de cette chaleur s'effectuant lors d'une augmentation de niveau dans la cuve interne 4. De ce fait, la souplesse du générateur est accrue. The heating device 24 produced according to the invention also allows a return of heat during steam requests, the transfer of this heat taking place during an increase in level in the internal tank 4. Therefore, the flexibility of the generator is increased.

Claims

1. Direct conduction electrothermal generator comprising a tank (2, 4), a liquid to be heated contained in said tank, at least one electrode (36) and at least one counterelectrode (26) immersed in said liquid to be heated (8), means for connecting the electrode and the counter electrode to a source of electric current supply, characterized in that electrically resistant elements (30) made at least partially of an insulating material are placed in said tank (4) between The electrode and counter electrode.

2. Generator according to claim 1, characterized in that the elements (30) are made entirely of an insulating material.

3. Generator according to claim 1, characterized in that the elements (30) are made of a conductive material covered with an insulating material.

4. Generator according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises an external tank (2), an internal tank (4) located in said external tank, at least one heating device (24) consisting of '' a basket (26) containing a quantity of insulating elements (30), said basket (26) forming a counter-electrode capable of being connected to a source of electric current and, for each heating device (24), at least one electrode constituted by at least one rod (36) plunging into said insulating elements (30) contained in the basket (26), said rod (36) being connected to another terminal of the electric current source, a conduit (8) d supply of the external tank (2) with fluid to be heated and an outlet pipe (44) for the vapor of this liquid to be vaporized, connected to said tank.

5. Generator according to claim 4, characterized in that the internal tank (4) is located above the bottom (2a) of the external tank so as to leave between them an available space for receiving a quantity (6) of liquid to be heated, a pipe (12, 18) for circulation of the fluid to be heated being connected to said external tank 2 and to said internal tank (4) to establish a circulation of this fluid from the external tank to the internal tank.

6. Generator according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the largest dimension of the parts is of the order of a few millimeters to a few centimeters.