Brevet FR2264246A1 — publié le 19751010

La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux générateurs de vapeur d'eau en vue d'améliorer leur rendement thermique, I1 est déjà connu d'améliorer le rendement thermique d'une chaudière au moyen d'un économiseur constitué par un échangeur à faisceau de tubes d'eau disposé dans le circuit de fumées de la chaudière. Dans le cas d'une chaudière à tubes d'eau disposés entre un ballon inférieur et un ballon supérieur dans lequel l'eau se trouve en équilibre de phases, l'alimentation de l'économiseur est souvent assurée au moyen d'un échangeur de chaleur contenu dans le ballon inférieur de la chaudière, l'eau sortant de ltéconomiseur étant introduite dans le ballon supél rieur de ladite chaudière.Une telle disposition à échangeur incorporé dans le corps de la chaudière présente l'avantage d'introduire dans l'économiseur de l'eau à une température supérieure à celle de l'eau d'alimentation, une alimentation directe de l'économiseur en eau relativement froide présentant des risques de corrosion sulfurique en raison de la température des parois des tubes de l'économiseur. Une telle disposition ne se prête pas toutefois à l'adaptation d'un économiseur sur un générateur de vapeur dteau qui nten comporte pas au départ. I1 est en effet pratiquement très difficile de loger un-échangeur dans le ballon inférieur de la chaudière qui n'a pas été prévu à cet effet. Une solution possible consisterait a alimenter ltéconomiseur au moyen d'une pompe supplémentaire assurant le mélange de l'eau d'alimentation et d'un prélèvement effectué dans la chaudière, mais une telle solution conduirait à une complication du générateur. L'invention a pour but d'éviter les inconvénients susmentionnés et de permettre une telle adaptation ultérieure grâce à des moyens permettant de réchauffer l'eau dtalimentation tout en évitant l'emploi d'une pompe supplémentaire et,-bien entendu, d'un échangeur de chaleur autre que celui constitué par l'économiseur lui-même. Elle vise en outre à réaliser une disposition adaptable à tout générateur de vapeur d'eau, quel que soit le type de la chaudière qu'il comporte, type éventuellement différent de celui de la chaudière classique à tubes d'eau dont il est question ci-dessus. Elle consiste essentiellement à prévoir un économi seur usuel à llintérieur duquel la circulation ascendante de l'eau s'effectue naturellement par un effet de thermosiphon classique. L'invention a plus précisément pour objet un générateur de vapeur d'eau perfectionné comportant une chaudière et un économiseur constitué par un échangeur du type à faisceau tubulaire disposé de façon verticale ou sensiblement verticale dans le circuit de fumées et dont la sortie, située à sa partie supérieure, est reliée à ladite chaudière, caractérisé en ce que ltéconomiseur est relié à sa partie inférieure à un tube entrée disposé de façon verticale ou sensiblement verticale, le dit tube étant alimente à son extrémité supérieure, dsune part par l'eau dtalimentation, d'autre part, par un prélèvement effectué dans la chaudière à la température de saturation. Suivant une autre disposition caractéristique de l'invention, le tube d'entrée de l'économiseur est disposé en dehors du circuit de fumées. Suivant d'autres dispositions caractéristiques de Il'invention, le prélèvement est effectué indifféremment dans la phase liquide ou dans la phase vapeur de la chaudière. L'eau d'alimentation est introduite dans le tube d'entrée au moyen d'un éjecteur disposé dans phase dudit tube, tandis que le prélèvement effectué dans la chaudière est introduit dans le tube d'entrée au moyen d'une tubulure horizontale dont l'extrémité constituée par une crépine, est disposée au-dessus dudit éjecteur. Selon une variante de réalisation, l'éjecteur est constitué par une tubulure horizontale coudée à 900 dans l'axe du tube d'entrée, combinée à un étranglement dudit tube disposé au niveau de l'extrémité de ladite tubulure coudée. Dans le cas d'un générateur de vapeur comportant une chaudière à tubes dteau disposés entre un ballon inférieur et un ballon supérieur dans lequel 11 eau se trouve en équilibre de phases, le tube d'entrée de l'économiseur est relié au ballon supérieur à partir duquel il est alimenté indifféremment par la phase liquide ou par la phase vapeur dudit ballon. L'alimentation peut également être assurée à partir du ballon inférieur. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui suit, faite en regard des dessins annexés, > concernant une forme particulière de réalisation donnée à titre d'exemple non limitatif. La figure 1 est une vue dlensemble du générateur de vapeur comportant une chaudière à tubes d'eau. La figure 2 en est une vue de détail à plus grande échelle. Sur la figure 1, on voit la chaudière constituée par un faisceau de tubes d'eau I disposés entre un ballon inférieur 2 et un ballon supérieur 3 à l'intérieur duquel l'eau se trouve en équilibre de phases liquide-vapeur. Les moyens de chauffage, dtun type usuel, indifférent en regard de l'invention ne sont pas représentés. La vapeur d'eau produite est dirigée en 4 vers le circuit d'utilisation. La chaudière est enfermée dans une enceinte 5 munie d'une cheminée 6 par laquelle s'échappent les fumées, ladite enceinte formant circuit de fumées. Un économiseur 7 constitué par un échangeur à faisceau tubulaire dont les tubes sont avantageusement munis ailettes, est disposé verticalement, ou de façon sensiblement verticale, dans le circuit de fumées, en aval de la chaudière. La sortie de l'économlseur 7, située à sa partie supérieure, est reliée à la chaudière par un tube qui relie ladite sortie au ballon 3, mais qui pourrait éventuellement la relier au ballon 2. L'économiseur 7 est, autre part, muni d'un tube d'entrée 9 disposé verticalement ou de façon sensiblement verticale, avantageusement dehors du circuit de fumées. Le tube 9 est relié à l'économiseur 7 par un tube de liaison intermédiaire horizontal 10 qui traverse la paroi de l'enceinte 5.Cette liaison pourrait éventuellement être réalisée par plusieurs tubes 10. Le tube 9 est alimenté à son extrémité supérieure par l'eau dfallmentation au moyen de la tubulure 11. L'eau mentation, essentiellement constituée par le condensat de retour du circuit d'utilisation injecté au moyen d'une pompe alimentaire usuelle, non représentée, est à une température relativement basse, gOOC par exemple. Le tube 9 est simultanément alimenté à son extrémité supérieure-par de liteau à température de saturation 200 C par exemple, prélevée dans la chaudière au moyen de la tubulure 12 qui se raccorde sur le ballon 3 dans la phase liquide. Le raccordement pourrait s'effectuer sur le ballon 3 dans la phase vapeur, ou meme sur le ballon 2. La tubulure 12 traverse, bien entendu, la paroi de l'enceinte 5. Ladite tubulure est munie d'un diaphragme 13 qui permet d'ajuster le débit prélevé à la chaudière. Sur la figure 2, on voit le détail du raccordement des tubulures 11 et 12 sur 11 extrémité supérieure du tube 9. La tubulure 11 pénètre horizontalement dans le tube 9 à l'intérieur duquel elle est coudée à 900 dans l'axe dudit tube. Un étranglement 14 des parois du tube 9 est aménagé au niveau de l'extrémité de la tubulure 11. La tubulure 12 pénètre horizontalement dans le tube 9, à un niveau supérieur à celui de la tubulure précédente, et elle se termine par une crépine disposée au-dessus de ladite tubulure. Le générateur de vapeur d'eau fonctionne comme il est expliqué ci-après. Le tube 9 est alimenté par un mélange de liquides constitué d'une part, par l'eau d'alimentation amenée par la tubulure 11, d'autre part, par de l'eau à température de saturation en provenance de la chaudière et amenée par la tubulure 12. Selon une variante de réalisation, le tube 9 est alimenté par l'eau d'alimentation amenée par la tubulure 11, laquelle eau est réchauffée par de la vapeur prélevée dans la chaudière et amenée par la tubulure 12. Quel que soit le mode d'alimentation du tube 9, le fluide qu'il contient se trouve à une pression qui croIt suivant le sens descendant. La pression de ce fluide diminue, au contraire, de la partie inférieure de ltéconomiseur 7 à la partie supérieure dudit économiseur.Comme dans cette dernière zone, le fluide reçoit un apport de chaleur extérieur (circuit de fumées), la diminution de pression est inférieure à l'augmentation de pression du haut en bas du tube 9. La circulation du fluide se trouve donc établie de façon naturelle, par un effet de thermosiphon. Cette circulation est accélérée par l'effet d'éjecteur produit par l'étranglement 14. Le raisonnement qui précède ne prend pas en considération les pertes de charge dues au frottement du fluide dans les tubes qutil parcourt et aux points szguliers du circuit constitué par les éléments 9, 10, 7, 8 et 12, lesdites pertes de charge provoquant une diminution de pression parasite. Un dimensionnement convenable des susdits éléments permet de rendre ces pertes de charge négligeables, ou ne jouant pas tout au moins un rôle prépondérant. Le générateur de vapeur d'eau fonctionnant comme il voient d'être expliqué, permet d'éviter l'utilisation d'une pompe supplémentaire. Il ne nécessite pas, d'autre part, l'utilisation d'un échangeur incorporé au ballon inférieur de la chaudière. Le générateur pourra être réalisé sous une telle forme par construction initiale. Il pourra aussi avantageusement etre réalisé dans une deuxième étape de construction au moment de l'adjonction dtun économiseur à une chaudière qui n*en comportait pas initialement. Bien que l'invention ait été décrite en référence à une forme de réalisation déterminée, il va de soi quelle n'y est en rien limité, et que des modifications peuvent y être apportées sans sortir de son domaine. C'est ainsi que le tube 9 et les tubes de ltéconomi- seur 7, avantageusement verticaux, pourront éventuellement être disposés de façon inclinée. Ils devront néanmoins présenter une pente assez forte. De meme, le tube 9, représenté a 12 extérieur du circuit de fumées, pourra etre éventuellement disposé a' l'intérieur dudit circuit. Cette dernière disposition devra toutefois etre compatible avec l'existence d'un écart de température notable entre ledit tube 9 et les tubes de l'économiseur 7, faute de quoi l'effet de thermosiphon ne saurait se produire. Suivant cette dernière forme de réalisation, on évite la traversée des parois de l'enceinte 5, par le ou les tubes 10 et la tubulure 12, et l'ensemble constitué par le tube 9, le ou les tubes 10 et l'économiseur 7 forme un dispositif directement adaptable sur la chaudière. Cette dernière pourra être du type à tubes d'eau représenté ou de tout autre type. On pourra, bien entendu, remplacer l'un quelconque des éléments décrits par un élément équivalent. C'est ainsi que l'éjecteur permettant d'accélérer la circulation du fluide à ltextrémité supérieure du tube d'entrez de lléconomiseur, pourra être dlun type quelconque autre que celui représenté. L'invention couvre donc, outre ltexempîe décrit, ses différentes variantes de réalisation possibles. REVENDICATIONS 1. Générateur de vapeur d'eau perfectionné comportant une chaudière et un économiseur constitué par un échangeur du type à faisceau tubulaire disposé de façon verticale ou sensiblement verticale dans le circuit de fumées et dont la sortie, située à sa partie supérieure, est reliée à ladite chaudière, caractérisé en ce que l'économiseur est relié à sa partie inférieure, à un tube dtentrée disposé de façon verticale ou sensiblement verticale, ledit tube étant alimenté à son extrémité supérieure, d'une part par 11eau d'alimentation, d'autre part, par un prélèvement effectué dans la chaudière à la température de saturation. 2. Générateur de vapeur d'eau suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le tube d'entrée de l'économiseur est disposé en dehors du circuit de fumées. 3. Générateur de vapeur doleau suivant lune des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le tube d'entrée de l'économiseur est alimenté par un prélèvement effectué dans la phase liquide de la chaudière. 4. Générateur de vapeur dteau suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le tube d'entrée de l'économiseur est alimenté par un prélèvement effectué dans la phase vapeur de la chaudière. 5. Générateur de vapeur d'eau suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube d'entrée de 1 économiseur est alimenté d'une part, par 1' eau d'alimentation au moyen d'un éjecteur disposé dans l'axe du tube d'entrée, d'autre part, par le prélèvement effectué dans la chaudière, au moyen d'une tubulure horizontale dont l'extrémité constituée par une crépine, est disposée au-dessus dudit éjecteur. 6. Générateur de vapeur d'eau suivant la revendication 5, caractérisé en ce que 11 éjecteur est constitué par une tubulure hori zonale coudée à 90- dans l'axe du tube d'entrée, combinée à un étrqnglement dudit tube d'entrée disposé au niveau de l'extrémité de ladite tubulure coudée. 7. Générateur de vapeur d'eau suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la chaudière est du type à tubes d'eau disposés entre un ballon inférieur et un ballon supérieur dans lequel l'eau se trouve en équilibre de phases1 caractérisé en ce que le tube d'entrée de l'économiseur est alimenté par le ballon supérieur de la chaudière. 8. Générateur de vapeur d'eau suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le tube d'entrée de l'économiseur est alimenté par un prélèvement effectué dans la phase liquide du ballon supérieur de la chaudière. 9. Générateur de vapeur d'eau suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le tube d'entrée de l'économiseur est alimenté par un prélèvement effectué dans la phase vapeur du ballon supérieur de la chaudière. 10. Générateur de vapeur d'eau suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la chaudière est du type à tubes d'eau disposés entre un ballon inférieur et un ballon supérieur dans lequel l'eau se trouve en équilibre de phases, caractérisé en ce que le tube d'entrée de l'économiseur est alimenté par le ballon inférieur de la chaudière.