Brevet FR2312739A1 — publié le 19761224

On connait d'excellentes chaudières qui néanmoins présentent encore un ou plusieurs des inconvénients suivants a) un encrassement des parois des échangeurs traversés par les gaz du fait que ces échangeurs sont le plus souvent dispo sés suivant des plans horizontaux, ce qui favorise le dépôt des imbrulés qui sont plus ou moins corrosifs et oxydent le métal des échangeurs b) un nettoyage difficile de ces échangeurs qui sont constitués le plus souvent par des tubes, ce qui nécessite d'ouvrir la chaudière et de passer des écouvillons à travers ces tubes pour tenter de détacher les dépôts sulfuriques de plus en plus épais et incrustés en fin de parcours des gaz, à mesure que la température de ceux-ci diminue, et que de ce fait le dépôt sulfurique s'accentue. c) Il conviendrait donc que les circuits de gaz soit disposés suivant des trajets verticaux pour éviter ces dépôts, ce que la présente invention réalise. d) Des Dilatations et déformations des chambres de combustion qui obligent le constructeur soit à briqueter le foyer (ce qui ne favorise pas l'échange thermique), soit à prévoir des foyers de dimensions supérieures aux besoins afin d'éviter les dilatations et détériorations causées par la flamme sur les parois métalliques. I1 conviendrait donc de protéger les parois de la chambre de combustion sans diminuer l'échange thermique, ce que permet la présente invention. e) Outre cette attaque corrosive, si la chaudière est encrassée, le souffle violent produit par le brûleur à chaque réal lumage a pour effet d'entraîner des envolées de fumerons sulfuriques qui dégradent l'immeuble et polluent l'atmosphère. I1 conviendrait donc que la chaudière soit conçue pour dépoussièrer, retenir et neutraliser les résidus sulfuriques, ce que la présente invention réalise. f) Rendements thermiques insuffisants : du fait que la i chaudière risque d'être gravement détériorée par l'attaque sulfu rique, notamment dans les zones de fin de parcours des gaz (le plus souvent constituées par des tubes qu'il est difficile et donc onéreux de remplacer) la température des gaz dans ces zones est toujours très supérieure à celle du point de rosée sulfurique (1600) et les gaz de combustion sont rejetés en moyenne entre 250 et 300 .- Afin d'éviter ce gaspillage d'énergie, il conviendrait que la chaudière ne soit plus monobloc, mais soit construite en éléments indépendants, et que l'élément le plus soumis à la corrosion soit le plus facile à remplacer. Suivant les objectifs ci-dessus, l'invention est une chaudière constituée par au moins deux enveloppes creuses formant échangeurs disposées concentriquement sur les plans verticaux, ce qui permet de diminer la stagnation des déchets corrosifs sur leurs parois qui sont de forme préférentielle cylindrique. La flamme du bru leur est admise tangentiellement en partie haute de l'espace annulaire aménagé entre les deux échangeurs verticaux. Cet espace étant fermé sur la partie supérieure, la flamme pour s'évacuer vers la partie basse de cet espace annulaire cylindrique décrit ainsi un mouvement centrifuge produisant une projection périphèrique vers le basides déchets de combustion et imbrûlés. Ces déchets ainsi centrifugés tombent dans une chambre formant le socle-support de la chaudière, par un espace périphérique aménagé entre les parois de cette chambre et la grande base,dirigée vers le haut, d'un tronc de clone. Un récipient placé dans la chambre basse de la chaudière recueille les résidus sulfuriques qui se trouvent neutralisés au contact d'une matière neutralisante contenue dans le récipient, lequel est placé sur un support à roulettes formant tiroir latéral au niveau du sol. Le tronc de cône ci-dessus mentionné a pour effet de faire converger les gaz vers un deuxième échangeur vertical central, placé au-dessus, et qui est constitué d'un cylindre creux dont la lame d'eau y contenue, précédemment chauffée sur sa face externe est alors chauffée sur sa face interne par les gaz ascendants. Un dispositif constitué par des pales hélicoides superposées et décalées, et fixées sur une tige centrale suivant une spirale verticale,imprime aux gaz un mouvement giratoire qui prolonge le temps d'échange thermique. Cette tige axiale, qui supporte les pales hélicoides, est mobile et repose sur un pivot placé en un point quelconque de la chambre basse. Un volant horizontal excentrique est fixé sur cette tige et relié à une tirette accessible de l'extérieur de la chambre basse, ce qui permet par un mouvement de va-et-vient d'imprimer aux pales hélicoides, placées dans le parcours des gaz de l'échangeur central cylindrique, ce même mouvement de va-et-vient qui a pour effet de racler la paroi interne pour faire tomber les déchets sulfuriques qui, faute de ces nettoyages périodiques, s'y incrusteraient. Ces déchets tombent dans le tiroir inférieur et s'y neutralisent. Afin de protéger le foyer contre les dilatations et détériorations de la flamme, celle-ci débouche dans un couloir interne horizontal constitué de parois métalliques suspendues par des tiges métalliques fixées sur les plaques fermant l'espace annulaire supérieur entre les deux échangeurs ou par tout autre moyen. Ce couloir est sectionné en éléments distincts permettant leur libre dilatation, et est de forme divergente pour accélérer la flamme et accentuer son effet centrifuge. L'admission de ce couloir, à la naissance de la flamme, est constituée en forme de venturi. Un déflecteur transversal vertical aboutissant au col de ce venturi a pour effet de recycler dans ce couloir formant tuyère, une partie des imbrflés centrifugés qui se trouvent ainsi recyclés et brûlés dans la flamme par post-combustion. Entre chaque section du couloir, un espace libre permet une certaine régularisation de la température des parois, évitant leur trop grande défornation. La chaudière est conçue en éléments indépendants 10) La chambre basse de stockage et neutralisation des résidus repose au sol et forme le socle sur lequel repose l'échangeur externe. - l'échangeur interne, le plus soumis à la corrosion, reposant lui-meme sur l'échangeur externe, est ainsi monté le dernier et est, par là même, le plus facile à retirer pour une réparation, telle que chemisage éventuel. - de même, les pales hélicoïdes soumises à la corrosion, du moins pour celles placées en fin de parcours des gaz à température voisine du point de rosée, étant des éléments indépendants et coulissant sur l'axe-support, sont également aisément remplaçables. - de fortes charnières, fixant l'échangeur externe sur la chambresocle, peuvent permettre - après débranchement des collecteurs de retour et de départ d'eau - de faire pivoter la chaudière sur un plan horizontal rendant ainsi accessibles tous les éléments internes pour entretien et réparations. Une chaudière, suivant l'invention, est représentée à titre d'exemple non limitatif sur les figures ci-jointes, dans lesquelles - La figure 1 est une vue de dessus de ia chaudière suivant II-II de la figure 2 - La figure 2 est une vue de face partiellerertt coupée, selon I-I de la figure 1 - Les figures 3 et 4 représentent des vues détaillées explicitant le montage des différents éléments. - Les figures 5 et 6 montrent dans le détail une disposition préférentielle des pales hélicoidales placées dans l'échangeur central cylindrique. Sur le plan ci-annexé, la présente invention est constituée par deux enveloppes creuses (1) et (2) concentriques verticales formant échangeurs. La flamme du brûleur est admise tangentiellement en (3) en partie haute de l'espace annulaire (4) compris entre les échangeurs (1) et (2). La flamme décrit un mouvement centrifuge produisant une projection périphèrique vers le bas, des déchets de combustion et imbrulés. Ces déchets ainsi centrifugés tombent dans une chambre (5) formant le socle-support de la chaudière par un espace périphèrique aménagé entre les parois de la chambre (5) et la grande base d'un tronc de cône (6). Un récipient (7) placé dans la chambre (5) monté sur un support à roulettes formant tiroir latéral au niveau du sol, recueille les résidus. Le tronc de cône (6) fait converger les gaz vers l'échangeur vertical cylindrique (2) placé au-dessus. Contre la paroi interne cylindrique (8) de cet échangeur, sont disposées des pales hélicoidales (9) superposées et décalées et fixées sur une tige axiale (10) formant une spire verticale qui imprime aux gaz un mouvement ascendant giratoire. Cette tige axiale (10) repose sur un pivot (11) placé à la partie basse du tronc de cône (6). Un volant horizontal excentrique (12) est fixé à la tige (10) et relié à une tirette (13) accessible de l'extérieur de la chambre (5) qu'il est possible d'actionner par un mouvement de va-et-vient permettant de décoller des parois les dépôts corrosifs. Afin de protéger le foyer contre le contact direct de la flamme, celle-ci débouche dans un couloir interne de forme divergente (14) constitué de parois métalliques composées d'éléments distincts permettant leur libre dilatation. L'admission de ce couloir (14) est constituée par un venturi (15). Un déflecteur (16) transversal vertical aboutissant au col du venturi a pour effet de recycler une partie des imbrûlés périphèriques, réalisant un effet de post-combustion. Une couronne horizontale, formée par des pales hélicoidales (17) peut être disposée dans l'espace annulaire (4) afin d'accentuer le mouvement giratoire des gaz. - La figure 3 explicite le montage de l'échangeur (1) lequel repose sur la chambre basse (5) - La figure 4 explicite le montage de l'échangeur (2) lequel repose sur l'échangeur (1) à la partie supérieure de la chaudière. - Les figures 5 et 6 représentent une vue détaillée de la disposition et de la forme des pales hélicoidales (9) disposées dans le parcours d'évacuation des gaz formé par l'échangeur (2) - REVENDICATIONS 10) Echangeur thermique pour transfert de température de tous fluides utilisables pour tous combustibles, notamment le combustible liquide pulvérisé sous pression, cet échangeur est constitué par au moins deux enveloppes creuses, de préférence cylindriques, disposées concentriquement sur des plans verticaux et laissant entre elles un espace annulaire vertical (4). La flamme de combustion est admise tangentiellement et en haut de cet espace annulaire qui est fermé à la partie supérieure. La flamme injectée sous pression décrit alors un mouvement giratoire et sous cette impulsion, les gaz chauds s'évacuent du haut vers le bas de cet espace, en un mouvement spiralorde. A la base de l'espace annulaire, un tronc de cône, dont la grande base est dirigée vers le haut et placé à hauteur convenable en bas de l'espace annulaire (4) fait converger les gaz centrifugés vers l'espace libre intérieur de l'échangeur central formant cheminée d' évacuation. Sous le cône est disposée une chambre basse, aménagée pour collecte et neutraliser les résidus solides corrosifs centrifugés par le mouvement giratoire des gaz. L'ensemble est construit en éléments indépendants, reposant les unz sur les autres. 20) Echangeur thermique selon revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte dans le passage cylindrique d'évacuation des gaz de l'échangeur central une spirale interne imprimant aux gaz un mouvement giratoire prolongeant leur contact sur la paroi interne de cet échangeur. 30)Echangeur thermique selon revendication 1, caractérisé en ce que la spirale revendication 2 est constituée par des pales inclinées 9 (fig.2) fixées sur les portions de tubes carrés (fig.6)enfilés sur une tige centrale carrée 10 (fig.2), laquelle tige repose sur un pivot fixé en un point quelconque à sa partie inférieure. Ces pales amovibles 9 permettent leur remplacement facile en cas de corrosion (9. fig.2) et (Fig. 5 et 6). Un segment de volant 12 fixé perpendiculairement sur la tige centrale 10 et reliée à une tirette articulée 13 accessible de l'extérieur (13 fig.2) permet d'imprimer un mouvement de va-etvient aux pales et à la spirale Revendication 2, permettant de nettoyer par raclage la paroi interne. 40) Echangeur thermique selon revendications 1, 2 et 3 dans lequel la flamme 3 débouche dans un couloir interne divergent horizontal ou incliné, constitué de parois métalliques 14 indépendantes suspendues par un moyen quelconque permettant leur libre dilatation. L'emboîtement des différentes parties de ce couloir comporte un certain jeu. Ce couloir peut être cylindrique ou de forme quelconque. 50) Echangeur thermique selon revendication 1, mais dans lequel l'échangeur central est remplacé par un tube vertical de diamètre approprié, mais dont les orifices haut et bas sont fermés par des plaques sur lesquelles sont fixées des tubes de diamètres appropriés et en nombre variable, à travers lesquels s'évacuent les gaz. Ces tubes à fuméespouvant également être munis de systèmes de raclage internes décrits revendications 2 et 3. 60) Echangeur selon revendications 1, 2, 4 prises ensemble et revendications 3 et 5 prises séparément, comportant une ou plusieurs couronnes horizontales 17 de pales hélicoïdes disposées à hauteur convenable dans l'espace annulaire 4 et ayant pour effet d'imprimer aux gaz centrifugés par la flamme une réim- pulsion du même mouvement centrifuge (référence 17, fig. 2). 70) Echangeur selon l'ensemble des revendications, caractérisé en ce qu'il comporte un tronc de cône (pointe en haut) (18, fig. 2) disposé dans le bas du tronc de cône 6 facilitant la convergence vers le haut des gaz qui s'évacuent dans l'espace central formant cheminée de l'échangeur central 2, un espace étant laissé entre la grande base du cône 18 et la petite base du cône 6 pour permettre au déchets de tomber dans le récipient 7 de la chambre 5. 80) Echangeur selon revendication 1 , mais comportant d'autres éléments cylindriques creux centraux identtiques à l'échangeur (2), mais de diamètres décroissants et logés concentriquement dans l'espace central de l'échangeur (2), un espace annulaire étant laissé entre chacun de ces éléments échangeurs supplémentaires, afin que les gaz chauds s'évacuent le long de leurs parois, à travers ces espaces annulaires, chacun de ces échangeurs supplémentaires reposant par goussets d'une façon superposée, les uns sur les autres, tel qu'indiqué revendication suivante 9. 90) Echangeur selon l'une quelconque des reven- dications, caractérisé en ce qu'il est construit en éléments indépendants. La chambre 5 formant le socle sur lequel repose l'échangeur (1). L'échangeur (2) le plus soumis à la corrosion reposant par goussets sur le haut de l'échangeur (1) facilitant son enlèvement pour réparation. Un système d'emboîtement de la paroi interne de la base de l'élement 1 sur la chambre 5 (fiG.3), et du haut de la paroi externe du même élement (fig.4) permet le raccordement jointif des différents éléments. 10O) Echangeur selon l'ensemble des revendications caractérisé en ce qu'il comporte deux fortes charnières entre la base de l'élément 1 et le haut de la chambre 5 permettant de faire pivoter à l'horizontale la chaudière, rendant accessibles ainsi tous les organes intérieurs.