FR2498305A1

FR2498305A1 - COMBINED ELECTRIC BOILER

Info

Publication number: FR2498305A1
Application number: FR8200800A
Authority: FR
Inventors: Leon Wanson
Original assignee: WANSON CONSTR MAT THERM
Current assignee: WANSON CONSTR MAT THERM
Priority date: 1981-01-21
Filing date: 1982-01-20
Publication date: 1982-07-23
Also published as: BE891836A; LU83072A1; GB2094452A

Abstract

IL S'AGIT D'UNE CHAUDIERE ELECTRIQUE COMBINEE QUI COMPORTE, EN ASSOCIATION AVEC UNE CHAUDIERE PRINCIPALE 3, UN GROUPE AUTONOME 2, 5 GENERATEUR D'ENERGIE THERMIQUE A PARTIE D'ENERGIE ELECTRIQUE. CE GROUPE AUTONOME COMPREND UN GENERATEUR DE VAPEUR 2 A ELECTRODES 1 ET UN ECHANGEUR DE CHALEUR 5 MONTES EN CIRCUIT FERME; L'ECHANGEUR DE CHALEUR COMPORTE UN PREMIER CIRCUIT 10, 11 QUI SE FERME SUR LE GENERATEUR A ELECTRODES ET UN SECOND CIRCUIT 6, 8, 9 EN RELATION D'ECHANGE DE CHALEUR AVEC LE PREMIER ET QUI SE FERME SUR LA CHAUDIERE PRINCIPALE 3. L'INVENTION EST APPLICABLE AUX CHAUDIERES A VAPEUR OU A FLUIDE CALOPORTEUR QUELCONQUE, AINSI QU'AUX GENERATEURS D'AIR CHAUD.THIS IS A COMBINED ELECTRIC BOILER WHICH INCLUDES, IN ASSOCIATION WITH A MAIN BOILER 3, AN AUTONOMOUS GROUP 2, 5 GENERATOR OF THERMAL ENERGY PART OF ELECTRICAL ENERGY. THIS AUTONOMOUS GROUP CONSISTS OF A 2 STEAM GENERATOR WITH ELECTRODES 1 AND A 5 HEAT EXCHANGER MOUNTED IN A CLOSED CIRCUIT; THE HEAT EXCHANGER INCLUDES A FIRST CIRCUIT 10, 11 WHICH CLOSES ON THE ELECTRODE GENERATOR AND A SECOND CIRCUIT 6, 8, 9 IN RELATION OF HEAT EXCHANGE WITH THE FIRST AND WHICH CLOSES ON THE MAIN BOILER 3. L THE INVENTION IS APPLICABLE TO STEAM BOILERS OR TO ANY HEAT TRANSFER FLUID, AS WELL AS TO HOT AIR GENERATORS.

Description

Chaudière électrique combinée L'invention se rapporte à une chaudièreCombined electric boiler The invention relates to a boiler

électrique combinée. On constate, par suite de l'évolution technologique et économique, que l'utilisation de l'énergie électrique en vue de chauffage ou de production de vapeur, en lieu et place des combustibles traditionnels, se justifie combined electric. As a result of technological and economic developments, the use of electrical energy for heating or steam generation, in lieu of traditional fuels, is justified.

plus souvent que précédemment.more often than before.

D'autre part, si le prix des combustibles tradition- On the other hand, if the price of conventional fuels

nels est fixe quel que soit le moment de son utilisation, le prix du courant électrique varie souvent suivant l'heure d'utilisation. Although it is fixed at any time, the price of electric current often varies according to the time of use.

Suivant l'heure, un combustible peut être plus avanta- Depending on the time, a fuel may be more

geux que l'autre et inversement.than the other and vice versa.

Le but de l'invention est de pouvoir utiliser indiffé- The object of the invention is to be able to use

remment l'une ou l'autre source d'énergie sur des chaudiè- put one or the other energy source on boilers

res existantes.exist.

Le problème ainsi posé est résolu suivant l'inven- The problem thus posed is solved according to the invention

tion par l'ajout, à une chaudière existante, à fluide caloporteur quelconque, d'un groupe autonome générateur d'énergie thermique à partir d'énergie électrique. Les éléments chauffants électriques peuvent, par simple inversion d'un organe de commande, être mis en service by adding, to an existing boiler, any heat transfer fluid, an independent group generating thermal energy from electrical energy. The electric heating elements can, by simple inversion of a control member, be put into operation

à la place des brûleurs existants, et inversement. instead of existing burners, and vice versa.

L'invention fait usage d'une chaudière électrique à électrodes, connue en soi, dont les caractéristiques The invention makes use of an electric electrode boiler, known per se, whose characteristics

particulières évitent les inconvénients majeurs des chau- particulars avoid the major disadvantages of

dières à électrodes habituelles, à savoir les variations de conductivité de l'eau, l'encrassement des électrodes et le coût de la régulation de puissance par transistors ou autres. En effet, selon l'invention, les électrodes sont incluses dans un circuit fermé dont l'eau n'est pas renouvelée et la régulation se fait par variation de la conventional electrode dies, namely the variations in the conductivity of the water, the fouling of the electrodes and the cost of the power regulation by transistors or other. Indeed, according to the invention, the electrodes are included in a closed circuit whose water is not renewed and the regulation is done by varying the

surface d'électrodes noyées.surface of embedded electrodes.

Le grand intérêt de l'invention est qu'elle utilise une chaudière existante avec tout son équipement, et qu'elle s'applique à tout type de chaudière, quel que The great advantage of the invention is that it uses an existing boiler with all its equipment, and that it applies to any type of boiler, whatever

soit le fluide caloporteur utilisé. the heat transfer fluid used.

L'invention sera décrite ci-après sur plusieurs exemples de formes de réalisation, en s'aidant des dessins ci-annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe transversale d'une chaudière à vapeur et d'un groupe autonome générateur d'énergie thermique; - la figure 2 est une vue en élévation latérale de l'ensemble de la figure 1, avec coupe longitudinale du groupé autonome; - la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 1, comportant une chaudière principale de type différent; - la figure 4 est une coupe transversale analogue à celle de la figure 1, d'une installation comportant une pompe de circulation; - la figure 5 est une vue en coupe d'une installation comportant une chaudière principale à circulation forcée; et - la figure 6 est une application de l'invention à The invention will be described below on several examples of embodiments, with the aid of the accompanying drawings in which: - Figure 1 is a cross-sectional view of a steam boiler and an autonomous group thermal energy generator; - Figure 2 is a side elevational view of the assembly of Figure 1, with longitudinal section of the autonomous group; - Figure 3 is a view similar to that of Figure 1, comprising a main boiler of different type; - Figure 4 is a cross section similar to that of Figure 1, an installation comprising a circulation pump; - Figure 5 is a sectional view of an installation comprising a main boiler forced circulation; and FIG. 6 is an application of the invention to

un générateur d'air chaud.a hot air generator.

Sur la figure 1, on a représenté par 3 une chaudière à vapeur classique à laquelle l'énergie thermique est In FIG. 1, there is shown by 3 a conventional steam boiler to which the thermal energy is

apportée normalement par un brûleur 4 à combustible liqui- normally supplied by a liquid fuel burner 4

de. Cette chaudière est complétée, suivant l'invention, par un groupe autonome générateur d'énergie thermique à of. This boiler is completed, according to the invention, by an independent generator generating thermal energy group.

partir d'énergie électrique. Ce groupe comprend un géné- from electrical energy. This group includes a gen-

rateur de vapeur 2 dont les électrodes sont désignées par steam generator 2 whose electrodes are designated by

1, et un échangeur de chaleur 5, montés en circuit fermé. 1, and a heat exchanger 5, mounted in a closed circuit.

L'échangeur de chaleur 5 comporte un premier circuit (10, 11) se fermant sur le générateur à électrodes 2, et un second circuit.(6,8,9) en relation d'échange de chaleur avec le premier circuit et qui se ferme sur la chaudière The heat exchanger 5 comprises a first circuit (10, 11) closing on the electrode generator 2, and a second circuit (6, 8, 9) in heat exchange relation with the first circuit and which is close on the boiler

principale 3, le tube 9 étant relié au ballon de la chau- the main tube 3, the tube 9 being connected to the balloon of the

dière, et le tube 8 à un point inférieur de celle-ci. Le générateur de vapeur 2 est constitué d'une enveloppe de la partie supérieure de laquelle part le tube 10 et dans la partie inférieure de laquelle pénètre le tube 11, ces tubes 10 et Il étant reliés d'autre part à l'enveloppe de l'échangeur 5. Les électrodes 1 appartiennent à un circuit and the tube 8 at a lower point thereof. The steam generator 2 consists of an envelope of the upper part of which the tube 10 and in the lower part of which penetrates the tube 11, these tubes 10 and 11 being connected on the other hand to the envelope of the exchanger 5. The electrodes 1 belong to a circuit

de courant alternatif comportant trois phases et un neutre. of AC having three phases and a neutral.

L'enveloppe 2 est reliée à la terre, et une cage 14 perfo- The envelope 2 is connected to the ground, and a cage 14 perforated

rée, qui sépare les électrodes de la masse de l'enveloppe 2, fait office de point neutre. La cage 14 peut être re- liée aussi à une terre indépendante. On conçoit que l'on puisse assurer la protection électrique du système en plaçant un détecteur de courant de fuite entre les phases plus, le neutre et la terre. Quant au liquide qui baigne The gap separating the electrodes from the mass of the envelope 2 acts as a neutral point. The cage 14 may also be connected to an independent earth. It is conceivable that the electrical protection of the system can be ensured by placing a leakage current detector between the plus phases, the neutral and the earth. As for the liquid that bathes

les électrodes, il est constitué en principe d'eau distil- electrodes, it consists in principle of distilled water

lée industrielle à laquelle on a ajouté un additif conve- industrial market to which a suitable additive has been added

nable pour obtenir la conductivité nécessaire au passage nable to obtain the necessary conductivity

du courant, compte tenu de la tension dont on dispose. current, given the voltage available.

L'échangeur de chaleur 5 comporte une enveloppe ter- The heat exchanger 5 comprises a horizontal envelope

minée par une tête 7 divisée par une cloison 7' en deux parties auxquelles se raccordent respectivement les tubes undermined by a head 7 divided by a septum 7 'into two parts to which the tubes are connected respectively

9 et 8 qui relient le groupe autonome à la chaudière 3. 9 and 8 which connect the autonomous group to the boiler 3.

Les deux parties de la tête 7 sont reliées aux extrémités The two parts of the head 7 are connected to the ends

respectives d'un faisceau de tubes 6 en épingle à cheveux. respective of a tube bundle 6 hairpin.

Ces tubes 6, la tête 7 et les tubes 8,9 constituent le second circuit de l'échangeur, tandis que les tubes 10,11 These tubes 6, the head 7 and the tubes 8, 9 constitute the second circuit of the exchanger, while the tubes 10, 11

et les enveloppes de 2 et de 5 constituent le premier cir- and the envelopes of 2 and 5 constitute the first

cuit. Le premier circuit 10,11 de l'échangeur de chaleur 5 cooked. The first circuit 10, 11 of the heat exchanger 5

du groupe autonome 2,5 contient, sur 10, une vanne de mo- of the autonomous group 2.5 contains, out of 10, a valve of

dulation 12 régulant la puissance du générateur 2 dudit groupe, et commandée par un facteur de fonctionnement 12 regulating the power of the generator 2 of said group, and controlled by an operating factor

(température ou pression) de la chaudière principale 3. (temperature or pressure) of the main boiler 3.

La vanne de modulation 12 permet d'interrompre à volonté l'arrivée de vapeur dans l'échangeur 15. La modulation provoque une variation du niveau de l'eau noyant les The modulation valve 12 makes it possible to interrupt at will the arrival of steam in the exchanger 15. The modulation causes a variation in the level of the water drowning the

électrodes et, par là même, la modulation du courant. electrodes and hence the modulation of the current.

Ce système évite l'usage de contacteurs ou de thyristors. This system avoids the use of contactors or thyristors.

On comprend immédiatement que le générateur de vapeur 2 fournit de l'énergie thermique à la chaudière 3 par It is immediately understood that the steam generator 2 supplies thermal energy to the boiler 3 through

l'intermédiaire de l'échangeur 5.through the exchanger 5.

On observe que la fermeture de la vanne 12 n'empêche pas la condensation dans l'enveloppe de l'échangeur; lorsqu'on ferme la vanne, il y a chute de pression, ce qui It is observed that the closure of the valve 12 does not prevent condensation in the shell of the exchanger; when closing the valve, there is pressure drop, which

entraîne l'aspiration, dans l'enveloppe 5, de l'eau conte- causes suction, in the casing 5, of the water containing

nue dans le générateur de vapeur 2. Le niveau de l'eau baissant, les électrodes sont mises à sec et le passage du courant électrique est arrêté. Une action modulante de la vanne 12 entraîne une variation correspondante de la naked in the steam generator 2. The water level drops, the electrodes are dry and the flow of electric current is stopped. A modulating action of the valve 12 causes a corresponding variation of the

consommation d'électricité.consumption of electricity.

L'eau contenue dans le circuit fermé du groupe auto- The water contained in the closed circuit of the

nome ne subit pas de modification de conductivité. Comme la conductivité baisse avec la température et que celle-ci est inévitablement plus basse lors de la mise en route qu'en service, et que, d'autre part, la régulation est modulante, la-puissance de démarrage est d'environ 25 % nome does not undergo a change in conductivity. As the conductivity decreases with temperature and it is inevitably lower during startup than in service, and that, on the other hand, the regulation is modulating, the starting power is about 25 %

de la puissance maximale et aucune autre pointe de consom- maximum power and no other consumer peak

mation n'est à craindre. La commutation électrique est limitée à un simple interrupteur, sans autre organe de régulation que, si on le désire, un démarrage progressif is not to be feared. The electrical switching is limited to a simple switch, without any other regulating element, if desired, a soft start

des 25 % représentant la charge de démarrage. 25% representing the start load.

Lors de l'utilisation de l'énergie électrique, seul le brûleur 4 de la chaudière 3 est mis hors service, tous When using electrical energy, only the burner 4 of the boiler 3 is put out of service, all

les autres organes et accessoires de la chaudière conti- the other components and accessories of the boiler

nuant à jouer leur rôle normal. Lors de l'utilisation de l'énergie du brûleur, on met la chaudière électrique. à l'arrêt. L'utilisation simultanée de deux énergies peut être envisagée. Elle sera naturellement limitée par les nuance to play their normal role. When using the burner energy, the electric boiler is switched on. stopped. The simultaneous use of two energies can be considered. It will naturally be limited by

caractéristiques de la chaudière.characteristics of the boiler.

Alors que les figures 1 et 2 montrent l'installation suivant l'invention appliquée à une chaudière classique à tubes de fumée, la figure 3 représente l'application de While FIGS. 1 and 2 show the installation according to the invention applied to a conventional smoke tube boiler, FIG. 3 represents the application of FIG.

l'invention à une chaudière à tubes d'eau à un ballon. the invention to a boiler with water tubes to a balloon.

La description qui a été faite jusqu'à présent se The description that has been made so far

rapporte à une chaudière à vapeur, mais on peut envisager l'application de l'invention à une chaudière à fluide caloporteur quelconque tel que huile, air, sel fondu, etc. Dans ce cas, les tubes 6 sont parcourus par le fluide à chauffer et la circulation est éventuellement assistée par une pompe 15 placée sur le tube 8 entre la chaudière relates to a steam boiler, but we can consider the application of the invention to any heat transfer boiler such as oil, air, molten salt, etc.. In this case, the tubes 6 are traversed by the fluid to be heated and the circulation is possibly assisted by a pump 15 placed on the tube 8 between the boiler

et l'échangeur, comme le montre la figure 4. and the exchanger, as shown in Figure 4.

Dans ce cas également, la chaudière peut être du type à tubes de fluide à circulation forcée, comme le montre la figure 5 o des pompes de circulation sont In this case also, the boiler may be of the type with forced circulation fluid tubes, as shown in FIG. 5 where the circulation pumps are

désignées par 15 et 15'.designated 15 and 15 '.

La figure 6 montre l'application de l'invention à Figure 6 shows the application of the invention to

un générateur d'air chaud 16. Dans ce cas, une des solu- a hot air generator 16. In this case, one of the

tions possibles est de condenser la vapeur produite dans l'enveloppe 2 au moyen d'un échangeur de chaleur 5' à possible is to condense the steam produced in the shell 2 by means of a heat exchanger 5 'to

tubes à ailettes 17 placés dans la sortie d'air du géné- finned tubes 17 placed in the air outlet of the gen-

rateur d'air chaud. La vapeur se condense alors dans les hot air generator. The vapor then condenses in the

tubes et retourne par gravité dans l'enveloppe 2. tubes and returns by gravity into the envelope 2.

Claims

1. Combined electric boiler, characterized

in that it comprises, feeding a heat

principal (3) with any heat transfer fluid, an autonomous group (2,5) generating heat energy

from electrical energy.

2. Combined electric boiler according to the

claim 1, characterized in that the self-generating heat generating unit comprises a closed-circuit steam generator (2) with electrodes (1) and a heat exchanger (5), the heat exchanger (5) comprising a first circuit (10,11) which closes on the electrode generator (2), and a second circuit (6,8,

9) in heat exchange relation with the first circuit

cooked and closes on the main boiler (3).

3. Combined electric boiler according to the

1 or 2, characterized in that the first circuit (10, 11) of the heat exchanger (5) of the autonomous unit (2.5) contains a modulating valve (12) regulating the power of the generator (2) of said -group, controlled by an operating factor (temperature or pressure) of

the main boiler (3).

4. Combined electric boiler according to one

any of claims 1 to 3, characterized in that

that the steam generator (2) of the autonomous group (2,5) comprises electrodes which are more or less embedded

depending on the level of the liquid to be sprayed, this level

laughing at the degree of opening of the modula-

trice (12).

5. Combined electric boiler according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the second circuit (6, 8, 9) of the exchanger (5) of the

autonomous group (2.5) contains a pump (15).

6. Combined electric boiler according to one

any of claims 1 to 5, characterized in that

that the main boiler is a tube boiler

forced circulation fluid.

7. Combined electric boiler according to the

1, in which the main boiler is a hot air generator comprising a heat exchanger (5 '), characterized in that it comprises at its outlet tubes (17) inserted directly into the first circuit (10, 11 ) of the generator (2) of the autonomous group, the air circuit which surrounds the tubes (17) serving as second

circuit of the exchanger (5 ').