Brevet FR2287011A1 — publié le 19760430

La présente invention concerne une installation de production de vapeur d'eau à partir d'au moins une source chaude immergée dans un réservoir alimenté en eau froide. Le but de ce dispositif est de créer dans le dit réservoir une circulation naturelle dont la vitesse peut être réglée à volonté par la température de la source chaude et les caractéristiques constructives du dispositif, dans le but d'assurer les échanges par convexion aussi rapides que possible et une stabilité de la pression de la vapeur produite, y compris lors des changements d'allure de la chaudière, en assurant que toute la masse d'eau de la chaudière demeure à une température sensiblement égale. A cet effet,le générateur de vapeur selon l'invention est caractérisé en ce que au moins une source de chaleur est immergée dans une portion d'un réservoir dans lequel est logée au moins une chicane verticale raccordée de façon étanche sur toute la longueur de ses aretes verticales au corps dudit réservoir, la dite chicane étant ouverte à sa partie supérieure et inférieure , son niveau supérieur étant au moins celui de la partie supérieure de la source chaude la plus haute mais audessous du niveau le plus bas du plan d'eau en fonctionnement normal et son niveau inférieur étant au meme niveau ou au-dessous de la partie inférieure de la source chaude la plus basse, de telle sorte que l'eau non vaporisée circule vers le bas entre la chicane et le corps du réservoir jusqu'au fond de celui-ci où elle se mélange à de l'eau d'appoint en vue d'alimenter la section centrale chauffée dans laquelle l'eau et son émulsion de vapeur s'élève jusqu'au plan d'eau. Dans la pratique, le réservoir a une forme généralement cylindrique et la chicane verticale peut avoir une forme quelconque, mais de préférence cylindrique, plane ou repliée, soudée le long de deux génératrices du réservoir vertical de manière à constituer un volume annulaire entre le réservoir et la chicane. D'autre part, dans le cas où plusieurs sources chaudes sont utilisées simultanément, elles sont superposées de façon telle que leurs axes soient contenus dans le même plan vertical, des chicanes inclinées supplémentaires étant réparties entre les sources chaudes de manière qu'une source chaude donnée ne soitpas au contact de la vapeur produite par la source chaude située à un niveau inférieur. On comprendra mieux l'invention en se référant à la description suivante correspondant au dessin annexé sur lequel - la figure 1 est une coupe verticale axiale d'un mode de réali sation élémentaire du générateur de vapeur selon l'invention - la figure 2 est une coupe suivant A-A' de la figure 1 - les figures 3,4,5 et 6 sont des coupes analogues à la figure 2 d'autres modes de réalisation du générateur selon l'invention. et - la figure 7 est une coupe analogue à la figure 1 d'un autre mode encore de réalisation de l'invention. D'une manière générale, et si on se réfère d'abord aux figures 1 et 2, on peut considérer que l'installation selon l'invention se compose essentiellement d'un réservoir à axe vertical, représenté ici sous forme d'un corps 1 cylindrique muni à chaque extrémité d'un fond 2 bombé pour,résister à la pression. Une source chaude désignée par la référence générale 3 pénètre dans ce corps sur lequel elle est fixée par exemple par des brides 4. Au-dessous de cette source chaude débouche un tube 5 apportant l'eau d'appoint dans la zone centrale du réservoir 1. Selon l'invention, une chicane 6 en forme de cylindre incomplet, concentrique au réservoir 1 mais ouverte par repliage de deux côtés vers l'extérieur le long de deux génératrices 11 et 12 est soudée le long des génératrices 13 et 14 au cylindre 1. La partie inférieure de cette chicane 6 est située au-dessous du niveau de la source chaude 3 mais n'est pas en contact avec le fond bombé inférieur . La partie supérieure de cette chicane est située au-dessus du niveau de la source chaude mais audessous du niveau le plus bas en marche du plan d'eau désigné par 7. Le fonctionnement de ce générateur est le suivant: la source chaude 3 dégageant de la chaleur ,lteau amenée par le tube 5 s'échauffe à son contact, sa densité diminue et elle s'élève donc vers le plan d'eau 7 à l'intérieur de la section S delimitée par la chicane 6 tandis qu'elle est remplacée par de l'eau qui desceald dans la section annulaire s délimitée d'une part par la chicane 6 et d'autre part par le corps cylindrique 1. Quand la température de saturation est atteinte, de l'eau est transformée en vapeur au contact de la source chaude 3, les bulles de vapeur éclatent au niveau du plan d'eau 7 et, traversant la chambre de vapeur située entre le plan d'eau 7 et le fond bombé supérieur, s'échappent du générateur par l'orifice 8. Pour maintenir le niveau, de l'eau d'appoint entre en permanence par le tube 5. Ce dispositif permet donc de créer une circulation naturelle dont la vitesse peut être déterminée à volonté par la calcul appropriée de la température de la source chaude et des sections S et s ainsi que de la hauteur d'eau au-dessous du niveau 7. L'intérêt de ce dispositif est , comme on l'a indiqué dès le début, d'assurer des échanges par convexionrapides et le maintien d'une température sensiblement égale de toute la masse d'eau de la chaudière quelle que soit l'allure de celle-ci ce qui assure la stabilité de la pression de vapeur recueillie par 8. Si l'on se réfère maintenant à la figure 3, on y a représenté une variante utilisable par exemple quand le rapport s est -S trop faible,du fait par exemple de la longueur de la source 3 dans le corps 1. Dans ce cas,on dispose au lieu d'une chicane cylindrique unique 6, deux chicanes verticales planes 8' et 8" qui délimitent respectivement avec le corps 1 les sections sl et s2 tel que le rapport sl+s2 soit celui que l'on veut obtenir. Dans le cas où l'axe de symétrie x x' de la source 3 est contenu dans un plan diamétral du corps 1, il est évident que l'on a intérêt-à avoir Si =S2 afin que la source chaude soit irriguée de façon égale à partir des deux courants descendants. Le générateur selon.l'invention peut évidemment comporter plusieurs sources chaudes. Dans le cas où ces sources ne sont pas dans un même plan vertical, on peut envisager diverses variantes. Ainsi, si l'on se réfère maintenant à la figure 4,on voit que au-dessus de la source chaude 3, on a disposé une seconde source chaude 9, l'angle entre les projections horizontales des axes des deux souries n'étant pas nul. Pour faciliter l'explication, et comme représenté sur la figure 4, supposer que les axes xx' de lasource 3 et yy' de la source 9 concourent respectivement en Ox et Oy avec l'axe vertical XX' du générateur. Si l'on considère alors la projection plane du corps 1 équipé des deux sources chaudes, ayant une certaine largeur ; x et 1 y, ces sources déterminent des secteurs libres :abc,def, ghi et jkl. Que ces sources chaudes soient composées d'un volume faisant totalement obstacle au passage de l'eau , tel une barre par exemple, ou de volumes espacés les uns des autres tel un thermo-plongeur par exemple, il faut laisser à l'eau ou a l'émulsion eau/vapeur un espace libre autour de la source chaude afin que l'échange thermique se fasse correctement en toutes ses parties. Et afin que les vitesses de l'eau soient égales au contact de la source chaude, les chicanes 10 seront a distance constante des sources chaudes. Ces chicanes déteraineront donc des secteurs a' b'c',d'e'f' > g'h'i' ,j 'k'l' dont les surfaces respectives sl,s2,s3,s4 seront, dans le cas de concours de l'axe du générateur avec les axes des sources chaudes, égales deux à deux:: a'b'c' =g'h 'i' par symétrie d'e'f' =j'k'l' par symétrie Ces chicanes verticales peuvent être composées de simples toles pliées, soudées sur le corps 1 afin d'assurer l'e-tan- chéité sur toute leur hauteur, laquelle est conforie a la description correspondant aux figures 1,2 entre la surface S et les surfaces s, pour que la circulation descendante ou ascendante de l'eau soit effective. Selon une autre variante encore représentée à la figure 5, on peut disposer deux sources 3 et 3' dont la fixation sur le corps 1 se situe dans un même plan vertical irais opposées à 180 . On peut également disposer des sources chaudes dans plus de deux directions, et par exemple la figure 4 illustre la disposition de sources chaudes dans plus de deux directions. Dans ce cas toutefois et dans tous les cas, il faudra respecter les deux conditions suivantes - une ou plusieurs sections s devront demeurer libres sur toute la hauteur de l'installation et - la somme des sections s et la section S devront être suffisantes pour permettre la circulation optima des retours d'eau ainsi que de l'eau réchauffée et de l'émulsion eau/vapeur. Sur le plan pratique, la pose de sources chaudes suivant deux directions est satisfaisante puisque les fixations pouvant être situées sur quatre génératrices du corps 1 du générateur, on peut ainsi diminuer les contraintes et par suite également le poids et le coût de l'appareil. Enfin, si l'on se réfère à la figure 6,celle-ci illustre une autre réalisation de l'invention dans le cas où les sources chaudes sont de forme quelconque. Dans ce cas, les chicanes doivent être disposées à égale distance des sources, le princile de l'invention, qui demeure respecté dans tous les cas étant la verticalité et l'étanchéité de chaque chicane avec le corps sur toute la hauteur définie à la figure 1. Il convient de noter que dans le cas où les sources chaudes sont superposées dans un même plan vertical ZZ', les sources supérieures risquent de se surchauffer et donc de se détruire car elles seront irriguées par l'émulsion eau/vapeur provenant des sources inférieures et dont la conductibilité est d'autant plus réduite que cette émulsion sera plus chargée en vapeur. Pour pallier cet inconvénient, selon l'invention et comme il est illustré à la figure 7, on dispose des chicanes 10 entre les sources'chaudes sur toute leur longueur. Chaque chicane sera inclinée sur l'horizontal d'un angle afin qu'elle se comporte comme un déflecteur par rapport à l'émulsion eau/vapeur produite par la source chaude située au-dessous d'elle et qu'ainsi la source chaude située au-dessus de cette chicane ne soit pas au contact de la vapeur produite dans la source chaude inférieure. Bien que l'on ait ainsi illustré de nombreuses variantes de l'invention, il est bien entendu que cette dernière peut en recevoir bien d'autres, tout en respectant les caractéristiques essentielles qui font l'objet des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1. Installation de production de vapeur d'eau, du type comportant au moins une source chaude immergée dans un réservoir alimenté en eau froide, caractérisée en ce que. dans le but de créer dans ledit réservoir une circulation naturelle dont la vitesse peut être réglée à volonté par la température de la source chaude et les caractéristiques constructives du dispositif, afin d'assurer des échanges par convexion aussi rapides que possible et une stabilité de la pression de la vapeur produite, y compris lors des changements d'allure de la chaudière, en assurant que toute la masse d'eau de la chaudière demeure à une température sensi blement égale, au moins une source dechaleur est immergée dans une portion d'un réservoir dans lequel est logée au moins une chicane verticale raccordée de façon étanche sur toute la longueur de ses arêtes verticales au corps dudit réservoir ,la dite chicane étant ouverte à sa partie supérieure et inférieure, son niveau supérieur étant au moins celui de la partie supérieure de la source chaude laplus haute mais au dessous du niveau le plus bas du plan d'eau en fonctianement normal etsen niveau inférieur étant au même niveau ou au dessous de la partie inférieure de la source chaude laplus basse, de telle sorte que l'eau non vaporisée circule vers le bas entre la chicane et le corps du réservoir jusqu'au fond de celui-ci où elle se mélange à de l'eau d'appoint en vue d'alimenter la section centrale chauffée dans laquelle l'eau et son émulsion de vapeur s'élève jusqu'au plan d'eau. 2. Installation selon la revendication 1,caractériséeen ce que le réservoir a une forme généralement cylindrique et la chicane verticale peut avoir une forme quelconque, mais de préférence cylindrique, plane ou repliée, soudée le long de deux génératrices du réservoir vertical de manière à constituer un volume annulaire entre le réservoir et la chicane. 3. Installation selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisée en ce que plusieurs sources chaudes sont utilisées simultanément en étant superposées de façon telle que leurs axes soient contenus dans le même plan vertical, des chicanes inclinées supplémentaires étant réparties entre les sources chaudes de manière qu'une source chaude donnée ne soit pas au contact de la vapeur produite par la source chaude située à un niveau inférieur.