Brevet FR2117991A1 — publié le 19720728

2i17991 La présente invention concerne un appa.reil d'échange thermique du type qui crée de la vapeur par transfert indirect de chaleur entre un fluide de chauffage et un fluide capable de s'évaporer, comprenant une enveloppe sous pression, un faisceau 5 de "tubesd 1 échange thermique destiné à conduire 1': fluide de chauffage dans l'enveloppe, un dispositif déflecteur placé dans l'enveloppe dont il divise l'intérieur en un réservoir de déverpement et.uiie région d1 évaporation, et un fils positif destiné à fournir du liquide capable d'être v«tpcrise dans le ré-10 servoir de dé ver se meut de manière à former un Les générateurs de vapeur à enveloppe et tubes comprennent par exemple un faisceau de tubes d'échange de chaleur destiné à conduire un fluide de chauff age/ enferma dans v.\is envelop-15 pe sous pression. Une plaque cylindrique déflectrice on-'voura normalement le faisceau de tubes, à uie s&rtaino di-stanoe de la paroi de l'enveloppe,, et délimite une région df évap-îruî.ic i interne, disposée axialement, et un passage annulaire de «Versement. Une buse d'introduction d.: L'a!-5 ontaiion communique vv~'c l'an-20 neau de déversement si- dSo-.r; i ' .mr jdaction de liquide destiné a être vapo-isé dans 1 ' ensemble, un jdLJFice étant dispose au fond de la plaque déflectrice cylindrique et-assurant la communication permettant au liquide d-i p:\3ï.;r de l'anneau o diversement à la région d ' évapora I L ju . jJaas les générateurs de vapeur 25 du tvpe décrit, la circulation du liquide capable de sa vaporiser dans la région d ' évapo ration de l'enveloppe est provoqué-? par la différence de pression statique créée par la masse do liquxde contenue dans l'anneau de déversement. Le fonctionnement d'un tel appareil indique que le courant de liquide capable JO d'être évaporé est susceptible de perdre sa stabilité. Bioxi qu'en ne connaisse pas exactement la raison de ces instabilités, on constate qu'un certain nombre de conditions contribuent à ..aar présence. Ces conditions sont des rétrécissements ou des modifications du trajet d'écoulement dans le faisceau de tubeg, 35 des ré trécissements au aiv.jau de la sortie de 1 ' évaporateur, des variations de la température dans le liquide pénétrant dans la région d'évaporation et des rétrécissements dans le passage de déversement. Parmi ces conditions, on pense que la dernière 71 44275 2117991 a un effet plus prononcé sur l'instabilité d'écoulement que les autres, surtout lorsque l'orifice d'évacuation ménagé à la partie inférieure de l'anneau de déversement présente une section supérieure à celle qui est nécessaire pour le passage 5 du débit nécessaire dans la région d'évaporation, en fonction de la charge subie par l'ensemble. On pense que, lorsque la condition précitée existe, des variations de la densité du fluide dans de petites poches localisées à l'intérieur de 1'évaporateur sont facilement dépla-10 cées par du liquide de densité supérieure'. Lorsque le liquide se dilate, il peut se produire des augmentations locales de la pression du fluide, d'où une mauvaise uniformité de la circulation du fluide. Lorsque le nombre et l'intensité de ces variations s'élèvent, les instabilités du courant principal appa-15 laissent. Les instabilités du type décrit sont parfois supprimées dans les dispositifs de la technique antérieure par des rétrécissements de grandeur déterminée avec précision, dans l'anneau de déversement, si bien que le débit du liquide passant dans la 20 région d'évaporation est réglé. Les générateurs de vapeur ainsi , , , de traités ont une capacité inférieure à celle/ceux qu'on prévoit pour les installations de fourniture d'énergie, et la solution a peu d'effet sur le problème présenté par ces ensembles de grande capacité. De plus, cette solution ne tient pas compte 25 des variations qui se produisent dans les conditions de fonctionnement d'un ensemble lorsque varie la charge, du fait qu'il n'est pas possible de régler ces rétrécissements et en conséquence le débit du liquide d'alimentation, lorsque varie la charge. 30 L'invention concerne un générateur de vapeur ne présen tant pas les inconvénients cités. Par rapport à un dispositif du type connu décrit précédemment, on résout le problème selon l'invention en disposant plusieurs conduits dans le réservoir de déversement, les con- 35 duits ayant leur extrémité d'évacuation communiquant avec la , , , d'e.ntréç région d'evaporatior/leur extrémité /placée à différents niveaux dans le réservoir, si bien que le nombre de conduits utilisés pour le passage du liquide capable d'être vaporisé depuis 71 44275 2117991 ledit réservoir jusqu'à la région d'évaporation varie en fonction de la hauteur de la masse de liquide. Selon l'invention, l'alimentation en liquide de la région d'évaporation de l'appareil est automatiquement réglée en 5 fonction des variations de charge. Le générateur de vapeur comprend plusieurs conduits faisant passer le liquide du réservoir de déversement dans la région d1évaporation. Les conduits sont disposés de manière que le nombre qui conduit du liquide du réservoir à 1'évaporateur varie en fonction de la charge su-10 bie par l'ensemble. Dans un appareil du type décrit, les variations des conditions de travail se manifestent par des variations du niveau du liquide capable d'être vaporisé contenu dans l'anneau de déversement, et on tire avantage de ce fait selon l'invention. 15 Ainsi, lorsque la charge exercée sur l'ensemble s'élève, le niveau de la masse de liquide dans l'anneau s'élève en proportion. Inversement, lorsque la charge diminue, le niveau de liquide dans l'anneau diminue. L'invention concerne donc la disposition de plusieurs 20 conduits verticaux placés dans l'anneau de déversement et destinés à conduire le liquide de l'anneau à la région d'évapora-tion de l'enveloppe. Les conduits sont ouverts à leurs deux extrémités, les extrémités inférieures étant disposées en communication avec la région d'évaporation. Les extrémités supérieu-25 res des conduits, d'autre part, sont disposées à des hauteurs différentes dans l'anneau de déversement, la disposition étant telle qu'à chaque niveau du liquide dans l'anneau, la section de conduit disponible est nécessaire pour conduire une quantité de liquide dans la région d'évaporation qui correspond à la 30 quantité nécessaire au maintien d'une circulation stable de fluide dans les conditions régnantes. Ainsi, lorsque la charge varie, un nombre plus ou moins grand de conduits est immergé dans le liquide, de manière que la section modifiée d'écoulement assure la communication entre le réservoir et 1'évaporateur, 35 en réglant la quantité de liquide fournie à 1'évaporateur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : 71 44275 2117991 la figure 1 est une coupe en élévation d'un générateur de vapeur selon l'invention ; la figure 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1 ; 5 la figure 3 est une vue développée d'une partie du géné rateur de vapeur de la figure 1. Les dessins représentent un générateur de vapeur 10 à enveloppe et tubes, comprenant une enveloppe cylindrique 12 allongée dans le sens vertical, fermée à ses deux extrémités par 10 des dômes de fermeture 14 et 16 supérieur.et inférieur. A l'intérieur de l'enveloppe, deux tôles 18 et 20 distantes axiale-ment et traversées par des tubes, sont solidaires de la paroi interne de l'enveloppe et divisent celle-ci en chambres distantes, une chambre 22 d'introduction de fluide de chauffage, 15 une chambre 24 de sortie de fluide de chauffage et une chambre d'évaporation 26. Plusieurs tubes rectilignes 28 d'échange de chaleur, conduisant un fluide, passent dans la chambre 26 et ont leurs extrémités au niveau des deux tôles, en communication avec les chambres 22 et 24. Des buses 30 et 32 communiquent avec les et 20 chambres d'entrée et de sortie/assurent la circulation du fluide de chauffage d'une réserve (non représentée) dans le générateur 10. Les tubes 28 d'échange sont disposés comme représenté, sous forme d'un faisceau de tubes disposé axialement, la péri-25 phérie externe étant distante de la face interne de l'enveloppe 12 et étant concentrique à celle-ci. Un déflecteur cylindrique allongé 34 entoure le faisceau de tubes à une certaine distance de la paroi de l'enveloppe, et forme un espace annulaire entre cette paroi et le déflecteur, définissant ainsi un réservoir 30 36 de déversement. Une buse 38 d'introduction d'eau d'alimentation traverse la paroi de l'enveloppe 12 et est reliée à un distributeur annulaire 40 placé au-dessus de l'extrémité supérieure du déflecteur 34 de manière à fournir du liquide d'alimentation au réservoir 36. Le liquide d'alimentation est répar-35 ti à la périphérie du réservoir par des orifices 42 répartis sur la circonférence, au-dessous de la face inférieure du distributeur 40. Le réservoir 36 communique avec la chambre 26, comme décrit plus loin, et alimente celui-ci en liquide destiné à être 71 44275 ^ 2117991 vaporisé qui circulev^n relation d'échange thermique avec le fluide de chauffage passant dans les tubes 28. Dans la chambre 26 est délimité un espace inférieur 44 de liquide et un espace supérieur 48 de vapeur, occupé par le fluide qui circule dans ces divers états. Les forces hydrostatiques et dynamiques combinées exercées par le fluide qui circule établissent un niveau particulier de liquide 46 dans le réservoir 36, pour un jeu donné de conditions opératoires. Lorsque les conditions varient, la position du niveau varie entre les lignes 46a et 46b. Dans le mode de réalisation décrit.de l'invention, l'espace 48 comprend un certain nombre de plaques déflectrices 50 distantes axialement et disposées horizontalement, délimitant un trajet pour la vapeur, celle-ci croisant les tubes, et accroissant ainsi le transfert de chaleur entre le fluide de chauffage et la vapeur qui circule. Dans l'espace 48, la vapeur extrait de la chaleur du fluide de chauffage de manière à devenir sèche et à avoir une surchauffe prédéterminée. L'orifice de sortie de vapeur de l'enveloppe est délimité par une cloison cylindrique 52 distante du faisceau de tubes et de la paroi de l'enveloppe dans l'espace 48 et délimitant un passage annulaire d'écoulement communiquant à son extrémité supérieure avec l'espace de vapeur. Une buse 56 de sortie de vapeur passe à travers la paroi de l'enveloppe 12 et communique avec le passage 54, de manière à conduire la vapeur surchauffée du générateur 10 au point d'utilisation. Selon l'invention, un dispositif du générateur 10 décrit assure le réglage automatique du débit de liquide destiné à être vaporisé du réservoir 36 à la chambre 26 lors des variations de charge. Ce dispositif comprend plusieurs conduits 58 allongés dans le sens vertical et disposés autour d'une circonférence, autour du réservoir 36. Les conduits 58 peuvent être fixés à la cloison déflectrice 34 par soudure ou par tout autre dispositif convenable placé dans l'espace. Les conduits 58 sont des organes tubulaires à extrémités ouvertes, les extrémités inférieures 60 étant disposées pratiquement dans un même plan à une certaine distance au-dessus de la face supérieure de la tôle 20, si bien que les conduits communiquent avec la masse de liquide 44 dans la chambre 26. 6 71 44275 2117991 La disposition des conduits est telle que le liquide destiné à être vaporisé, provenant du réservoir 36, est évacué dans la région d1évaporation avec un débit qui correspond à celui qui est nécessaire pour établir une circulation stable 5 de fluide dans l'ensemble, dans toutes les conditions de charge. Pour obtenir cet effet, on donne au conduit des longueurs différentes, les extrémités supérieures 62a, 62b, 62£, etc., étant disposées à des niveaux différents dans le réservoir. De cette manière, un nombre différent de tubes et en conséquence 10 une section différente, assure la communication entre le réservoir de déversement et la région d'évaporation de la chambre 36 lorsque le niveau du liquide dans le réservoir varie. De préférence, on dispose les conduits 58 par groupes, comme représenté sur la figure 3, chaque groupe comprenant un conduit 15 de chaque longueur. Dans une variante, moins souhaitable, on peut grouper les conduits de même longueur et espacer les différents groupes les uns des autres sur/^circonférence, autour du réservoir 36. La partie inférieure du réservoir 36 est de préférence 20 fermée par une plaque annulaire horizontale 64 placée entre l'extrémité inférieure de la cloison déflectrice cylindrique 34 et la face interne de l'enveloppe 12. La plaque 64 comporte des orifices étanches pour le passage de l'extrémité inférieure 60 des conduits 58, de manière à empêcher que le liquide ne re-25 vienne dans la chambre 26, sauf par l'intérieur des conduits. Dans une variante, on peut constater qu'il est souhaitable dans certaines installations de disposer d'autres orifices dans la plaque 64, ou même de supprimer entièrement celle-ci lors-qu' une partie du liquide passe du réservoir 36 à la chambre 26 30 en court-circuitant les conduits 58. Dans les générateurs de vapeur ayant un tel court-circuit de liquide, les extrémités supérieures 62 des conduits 58 sont disposées à des niveaux supérieurs à ceux du niveau des tubes dans le mode de réalisation préféré, sans court-circuit. 35 Le fonctionnement de l'appareil décrit est le suivant. Le fluide de chauffage provenant d'une réserve pénètre dans la chambre 22, passe par les tubes 28 et est évacué par la chambre 24. En même temps qu'a lieu cette circulation de fluide de 7 71 44275 2117991 chauffage, du liquide destiné à être vaporisé pénètre dans l'ensemble par la buse 38 et le distributeur 40, puis dans le réservoir 36 où il est évacué en formant une masse de liquide. Cette masse a un niveau qui se trouve entre les lignes 46a et 46b, suivant les conditions de fonctionnement du générateur 10. Depuis le réservoir 36, le liquide passe dans la chambre 26 par les conduits 58, comme décrit plus loin en détail, puis il circule en contact thermique indirect avec le fluide de chauffage circulant dans les tubes 28. La vapeur est créée dans la masse liquide et passe dans l'espace 48 où elle est dirigée par les plaques 50 sur les tubes 28, de manière à devenir sèche et même à être surchauffée dans une certaine mesure. La vapeur chauffée s'écoule alors dans le passage 54 avant de sortir de l'ensemble par la buse 56, jusqu'au point d'utilisation. On sait que la circulation du fluide destiné à être vaporisé dans les générateurs de vapeur du type décrit est provoquée par la pression créée par la masse de liquide contenue dans le réservoir 36. Ainsi, une variation de la charge dans le générateur provoque une modification du débit de fluide destiné à être vaporisé dans la chambre 26 et en conséquence une modification de la perte de charge le long du trajet d'écoulement, qui doit être équilibré par la pression due à la masse de liquide qui se trouve dans le réservoir 36. Lorsque la charge est faible, le niveau de liquide prend en conséquence une position telle que représentée sur la ligne 46a des dessins par exemple. À pleine charge, le niveau est dans la position représentée par la ligne 46b et pour les charges intermédiaires, le niveau se trouve à diverses hauteurs entre les lignes 46a et 46b, en fonction des conditions particulières qui régnent. Ainsi, pour une charge donnée, le liquide prend un niveau particulier dans le réservoir 36. L'alimentation de la chambre 26 en liquide dépend en conséquence du nombre de conduits 58 qui font passer le liquide du réservoir à la chambre, en fonction de la position du niveau par rapport aux extrémités ouvertes 62 des conduits. En conséquence, à faible charge, lorsque la masse a un niveau voisin de la ligne 46a sur la figure 3, seuls les conduits dont les extrémités ouvertes 62a sont immergées conduisent du liquide vers la chambre 26. Lorsque la charge 71 44275 2117991 s'élève et que le niveau monte, les extrémités ouvertes 62b, 62£, etc., de tubes supplémentaires sont immergées et accroissent la quantité de liquide passant dans la chambre. À pleine charge, tous les tubes conduisent du liquide, si bien-qu'on 5 obtient alors le débit maximal de l'alimentation. Bien qu'on puisse utiliser un nombre plus grand ou plus faible de conduits/ que dans le cas représenté, sans sortir du cadre de l'invention, il faut noter que la sensibilité du réglage varie proportionnellement au nombre de conduits de différentes longueurs utili-10 sés dans l'ensemble. L'invention concerne donc un dispositif simple et peu coûteux de réglage de l'alimentation de liquide destiné à être vaporisé dans la région d1évaporation de générateurs de vapeur à enveloppe et tubes. Grâce à l'invention, les instabilités de 15 la circulation de fluide, qui sont caractéristiques du fonctionnement des générateurs de ce type, sont supprimées car l'alimentation en liquide de la zone d'évaporation peut être réglée sur toute la plage de charges lors du fonctionnement de l'appareil. 20 II est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de l'invention, qui est défini dans les revendications annexées. 71 44275 2117991 liV i^AiJ IG Ai' 1 1. Générateur de vapeur du type dans lequel la vapeur est créée par transfert incirect de chaleur entre un fluide de chauffage et un fluide destiné à être vaporisé, comprenant une 5 enveloppe sous pression, un faisceau de tubes d'échange thermique destiné à conduire le fluide de chauffage dans l'enveloppe, un dispositif déflecteur placé dans l'enveloppe et divisant sa Gïl partie intérieure en un réservoir de déversement et/une région d'évaporation, un dispositif destiné à fournir du liquide des-10 tiné à être vaporisé dans le réservoir d'évaporation de manière à former une masse de liquide ayant une hauteur qui correspond à la charge de l'appareil, celui-ci étant caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs conduits disposés dans le réservoir de déversement et dont les extrémités d'évacuation communiquent 15 avec la région d'évaporation, les extrémités d'entrée étant disposées à différents niveaux dans le réservoir, de manière que le nombre de conduits faisant passer du liquide destiné à être vaporisé du réservoir à la région d'évaporation varie en fonction de la hauteur de la masse de liquide. 20 2. Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réservoir de déversement est un espace annulaire en-tourant la région d'évaporation, et en ce que les conduits sont répartis sur une circonférence autour du réservoir de déversement . 25 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs conduits ayant leurs extrémités d'entrée disposées à chaque niveau, les conduits étant disposés par groupes distants sur une circonférence autour du réservoir de déversement. 30 4. Générateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'extrémité d'entrée de chacun des conduits d'un groupe est à un niveau différent de celui de l'extrémité d'entrée de de chacun des autres conduits du groupe. 5. Générateur de vapeur, du type qui comprend une enve-35 loppe sous pression disposée verticalement, plusieurs tubes d'échange de chaleur placés dans la région d'évaporation et un dispositif destiné à faire circuler du fluide de chauffage dans lesdits tubes, ledit générateur étant caractérisé en ce qu'il 71 44275 10 2117991 comprend un déflecteur cylindrique concentrique à la paroi de l'enveloppe, placé à l'intérieur de celle-ci, et divisant l'envelopi en une région d'évaporation et un réservoir de déversement concentrique, de manière à fournir le liquide destiné à être vapo-5 risé dans le réservoir de déversement en formant une masse de liquide ayant une hauteur qui varie en fonction de la charge du générateur, plusieurs conduits immergés dans la masse de liquide dans le réservoir de déversement et dont les extrémités d'évacuation communiquent avec la région d'évaporation, leurs extrémités 10 d'entrée étant disposées à divers niveaux-dans le réservoir, de manière que le nombre de tubes conduisant efficacement du liquide dudit réservoir à la région d'évaporation varie en fonction de la hauteur de la masse de liquide. 6. Générateur selon la revendication 5, caractérisé en 15 ce que les conduits sont des organes tubulaires placés généralement en direction verticale, leur axe étant parallèle à celui du déflecteur cylindrique. 7. Générateur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs conduits dont les extrémités d'en- 20 trée sont disposées à chaque niveau, lesdits conduits étant disposés par groupes et distants autour du réservoir de déversement. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que chacun des groupes comprend plusieurs conduits dont 1'ex- 25 trémité d'entrée est placée à un niveau différent. 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que le déflecteur cylindrique entoure le faisceau de tubes délimitant une région interne d'évaporation et un réservoir annulaire de déversement. 30 10. Générateur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les groupes de conduits sont distants sur une circonférence autour du réservoir de déversement. COPY