Brevet FR2205658A1 — publié le 19740531

La présente invention est relative à des perfectionnements aux chaudières pour fluide caloporteur à haute température (de l'ordre de 3000 G) du genre de celles dans lesquelles le dit fluide caloporteur, généralement de lthuile minérale, circule dans une enceinte cylindrique constituée par deux viroles-concen- triques réunies par leurs extrémités et disposée selon l'axe du brûleur, l'espace annulaire ainsi réalisé étant traversé par des tubes de fumée s'étendant parallèlement à l'axe des dites viroles. Un exemple de réalisation d'une telle chaudière est décrit dans la demande de brevet Français N0 70 01543 déposée le 16 Janvier 1970, au nom du demandeur. Dans cette demande de brevet Français, on a décrit et revendiqué des mesures visant à supprimer les inconvénients dus aux dilatations différentielles entre la virole intérieure et celle extérieure. Â cet effet, les tubes de fumée étaient supportés à une de leurs extrémités par une plaque obturant la virole extérieure et à leur autre extrémité par une couronne réunissant les deux ex trémités des viroles, la virole intérieure, plus courte, étant obturée par une plaque réunie à la plaque de la virole extérieure par l'entremise du manchon de centrage du brûleur. Par ces moyens, on a pu constater qu'il était possible d'absorber les dilatations intempestives dues au fait que les deux viroles n'étaiant pas portées à la même température, mais on a aussi constaté que des fuites, dues à des ruptures des cordons de soudure, pouvaient seproduire au droit du joint de raccordement des tubes de fumée et de la plaque annulaire réunissant les dites viroles. Ces ruptures sont dues aux dilatations des tubes de fumée tant selon leur axe longitudinal que selon une direction radiale. Ce phénomène s' explique par le fait que la couronne est soumise extérieurement à l'action d'un fluide gazeux porté, environ, à une température de 1100 Ctandis que sa face interne est en contact avec le fluide caloporteur dont la température est maintenue à une valeur constante de l'ordre de 3000 C. On a constaté qu'en régime continu la tsUérature interne de la couronne se stabilise vers 400 C mais que, par cartre, en période de régulation (arret du brûleur), la température de la couronne diminue et tend vers celle du fluide caloporteur ; à la fin de la régulation (remise en route du brûleur) la température de la couronne augmente. L'expérience a montré que les ruptures précitées étaient dues aux variations répétées de la température interne de la couronne qui donnait naissance à des dilatations différentielles entre les tubes de fumée et les trous de passage de ces derniers à travers la dite couronne. On a aussi constaté que ce phénomène était amplifié sous l'ef- fet des forces engendrées par les dilatations des tubes de fumée selon leur axe longitudinal. La présente invention a pour but de prévoir des mesures, qui sans modifier le fonctionnement usuel de la chaudière, permettent de maintenir constamment la couronne à une température fixe,ces mesures visant, notamment, à augmenter le coefficient d'échange thermique entre la dite couronne et le fluide caloporteur. Comme on sait que ce coefficient est sensiblement proportionnel à la racine carrée de la vitesse de circulation du fluide sur la surface échangeuse, une solution au problème précité peut être obtenue en prévoyant des moyens permettant d'augmenter la vitesse du dit fluide. La présente invention sera mieux comprise par la description qui va suivre faite en se référant aux dessins annexés à titre d'exemple indicatif seulement, sur lesquels La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une chaudière conforme à l'invention La figure 2 est une vue en perspective, avec arrachement partiel, limitée à ltextrémité de la chaudière, opposée au brûleur, la plaque du fond et le corps extérieur de la chaudière étant supposés enlevés La figure 3 est une vue en coupe effectuée selon la ligne III-III de la figure 1 La figure 4 est la vue de dessus de la figure 3, avec arrachement partiel, limitée au blcc échangeur proprement dit. a se reportant aux dessins, on voit que la chaudière est constitué principalement par un blcc échangeur formé par deux viroles 1 et 2 ménageant entre elles un espace annulaire 3 dans lequel circule un fluide caloporteur, les dites viroles étant disposées selon l'axe du brûleur 4. De la façon connue, l'espace 3 est obturé, à une de ses extrémités, par une couronne 5 réunissant les deux viroles 1 et 2 et est traversé par des tubes de fumée 6. Les tubes 6 sont fixés par une de leurs extrémités à la couronne 5 et, par l'autre, à une plaque 7 obturant l'autre extrémité de la virole 1. De la façon connue, le fluide caloporteur est amené dans l'espace 3 par l'entremise d'un conduit 8 débouchant à proximité de la couronne 5. Selon la présente invention, des moyens sont prévus pour activer la circulation du fluide caloporteur à proximité de la couronne 5, de façon à améliorer le coefficient d'échange thermi que afin que la température de la dite couronne 5 soit relativement proche de celle du dit fluide. Â cet effet, le conduit 8 débouche dans un anneau 9 limité par la couronne 5 et par une seconde couronne 10 réunissant les deux viroles 1 et 2 comme il est montré, notamment, sur les figures 1 et 2, l'anneau 9 ainsi formé étant obturé à proximité de l'entrée du fluide par une cloison Il et débouchant dans l'espa- ce 3, par l'entremise d'un orifice 12, adjacent à la dite cloi sonli et prévu dans la couronne 10. De cette façon, le fluide caloporteur, arrivant par le conduit 8, est forcé de parcourir toute la surface interne de la couronne 5, la vitesse du dit fluide étant fonction, pour un débit imposé, de la distance séparant les couronnes 5 et 10. Par ces moyens, on est martre de la vitesse de circulation du fluide caloporteur au contact de la couronne 5 etapar suite, de la valeur du coefficient d'échange thermique. De cette façon, on est assuré de maintenir la température de la couronne 5 à une valeur relativement proche de celle du fluide et, ce, que le brûleur soit en activité ou soit momentanément à l'arrêt. Selon une autre caractéristique de l'invention, qui contribue au résultat recherché, à savoir : éviter la rupture du joint de raccordement entre les tubes de fumée et la couronne 5, les tubes de fumée sont cintrés initialement de façon à amorcer leur flambage s'ils se dilatent selon leur axe longitudinal (figures 3 et 4). Les tubes 6 peuvent aussi se rétracter sans exercer d'efforts intempestifs sur la couronne 5 et sur la plaque 7 puisqu'ils sont, en fait, plus longs que la distance séparant ces der nières. il faut noter que le plan de symétrie de chaque tube cintré est sensiblement tangent à la circonférence, lieu géométrique des centres des trous de passage des dits tubes à travers les couronne 5 et plaque 7. Bien entendu la présente invention ne se limite pas au mode de réalisation décrit et représenté mais s'étend, au contraire, à toutes variantes de formes, matières et dimensions. REVENDICADIONS 1 - Chaudière du genre de celles dont le bloc échangeur, à l'intérieur duquel circule un fluide caloporteur, est constitué par deux viroles cylindriques réunies, par leur extrémité située à ltopposé du brûleur au moyen d'une couronne à proximité de la face interne de laquelle débouche le conduit d'arrivée du dit fluide, caractérisée en ce que des moyens sont prévus pour augmenter la vitesse de circulation du fluide caloporteur à proximité immédiate de la dite couronne pour augmenter le coefficient d'échange thermique entre cette dernière et le fluide et maintenir ainsi la température de la dite couronne sensiblement cons tante 2 - Chaudière, selon la revendication 1, caractérisée en ce que le tube d'arrivée du fluide débouche dans un anneau de circulation dont une partie de la surface est constituée par la face interne de la couronne 3 - Chaudière, selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'anneau de circulation est délimité par les faces internes des viroles, par la face interne de la couronne et par une seconde couronne réunissant les dites viroles et disposée à proximité de la dite première couronne, le dit anneau étant obturé à proximité de l'entrée du fluide et débouchant dans l'espace annulaire prévu entre les dites viroles par un orifice adjacent à la dite obturation 4 - Chaudière, selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 du genre de celles dont le bloc échangeur est traversé par des tubes de fumée s'étendant parallèlement à l'axe du brûleur, caractérisée en ce que les tubes sont cintrés sur une portion de leur longueur 5 - Chaudière, selon la revendication 4, caractérisée en que le plan de symétrie de chacun des tubes est sensiblement tangent à la circonférence définie comme étant le lieu géométrique des centres des trous de passage des tubes de fumée